GPU-Parallelized Iterative LQR with Input Constraints for Fast Collision Avoidance of Autonomous Vehicles

计算机科学 避碰 计算 线性二次调节器 运动规划 非线性系统 任务(项目管理) 二次规划 碰撞 实时计算 数学优化 控制(管理) 算法 人工智能 机器人 工程类 数学 计算机安全 系统工程 物理 量子力学
作者
Yeongseok Lee,Minsu Cho,Kyung-Soo Kim
标识
DOI:10.1109/iros47612.2022.9982026
摘要

Collision avoidance in emergency situations is a crucial and challenging task in motion planning for autonomous vehicles. Especially in the field of optimization-based planning using nonlinear model predictive control, many efforts to achieve real-time performance are still ongoing. Among various approaches, the iterative linear quadratic regulator (iLQR) is known as an efficient means of nonlinear optimization. Additionally, parallel computing architectures, such as GPUs, are more widely applied in autonomous vehicles. In this paper, we propose 1) a parallel computing framework for iLQR with input constraints considering the characteristics of the problem and 2) a proper environmental formulation that can be covered with single-precision floating-point computation of the GPU. The GPU-accelerated framework was tested on a real-time simulation-in-the-loop system using CarMaker and ROS at a 20 Hz sampling rate on a low-performance mobile computer and was compared against the same framework realized with a CPU.
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