ITN SADCO "Optimal control approaches to reachability analysis: safety & avoidance" (Task 2.5)

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Projektstart: 2011 , Projektende: 2014

Projektnummer: 264735-SADCO (grant agreement number)

Geldgeber: Europäische Kommission (EU)

Projektbeteiligte

Projektleiter

Dr. Robert Baier (Universität Bayreuth), Prof. Dr. Matthias Gerdts (Universität der Bundeswehr in München), Dr. Oskar Ries and Christian Wegwerth (Volkswagen AG, Wolfsburg)

Projektmitglieder

Dr. Ilaria Xausa

Projektbeschreibung

Das interdisziplinäre Projekt „Optimal control approaches to reachability analysis“ hat als Ziel, Algorithmen zur Kollisionsvermeidung bei Straßenfahrzeugen zu entwickeln mit Hilfe von Techniken aus der optimalen Steuerung.

Die Eigenschaften erreichbarer Mengen legen fest, wie sich dynamische Systeme unter dem Einfluss von Variationen in der Steuerung und in Parametern verhalten. So kann man zum Beispiel den Klimawechsel unter verschiedenen Voraussetzungen an Umwelteinflüsse, beispielsweise durch Variationen in der Konzentration des Kohlendioxids oder der Jahresdurchschnittstemperatur untersuchen mit Hilfe der erreichbaren Mengen des zugehörigen dynamischen Systems (siehe I. A. Chahma: Set-Valued Discrete Approximation of State-Constrained Differential Inclusions, Bayreuth. Math. Schr., 67 (2003), pp. 3–162). Obwohl verschiedene Methoden zur Approximation erreichbarer Mengen für lineare Steuerungssysteme vorgeschlagen wurden (siehe z.B. R. Baier, Ch. Büskens, A. I. Chahma, M. Gerdts: Approximation of Reachable Sets by Direct Solution Methods of Optimal Control Problems, Optim. Methods Softw. 22 (2007)), sind nur wenige Methoden bekannt für den Fall nichtlinearer Stuerungsprobleme. In diesem Forschungsprojekt werden wir eine neue Methode untersuchen, die auf Techniken der optimalen Steuerung sowie auf die Darstellung und Approximation nichtkonvexer Mengen basiert (siehe R. Baier, M. Gerdts: A Computational Method for Non-Convex Reachable Sets using Optimal Control, Proceedings of the European Control Conference (ECC) 2009, Budapest (Hungary)). Dabei werden computergestützte Verfahren zur Approximation erreichbarer Mengen betrachtet und analysiert. Zudem werden Anwendungen bei der Entwicklung von computerbasierten Strategien für optimale Ausweichmanöver betrachtet anhand des Problems, Fahrerassistenzsysteme für Straßenfahrzeuge zu entwickeln. Dabei wird das Ziel angestrebt, Kollisionen zu vermeiden durch das Ausnutzen der Informationen, die erreichbare Mengen bereitstellen. Genauer gesagt, ist es einfach zu entscheiden, ob eine Kollision (die zum sofortigen Bremsmanövern führt) unvermeidbar ist oder ob eine Kollision vermeidbar ist durch geschickte Steuerbewegungen, sobald die erreichbare Menge für die Bewegung des Autos bekannt ist. Falls eine Kollision nicht zu vermeiden ist, soll das Fahrzeug unverzüglich ein Bremsmanöver einleiten, um die Geschwindigkeit so stark wie möglich zu vermindern, um die schwerwiegenden Folgen des Aufpralls zu mindern.

Die Projektmitarbeiterin wird sich am International Training Network SADCO beteiligen, was ihr die Gelegenheit zu umfangreichen Forschungsaufenthalten an Universitäten bietet. Der ergänzende Auslandsaufenthalt (6 Monate) findet an der Université Paris Diderot (Paris 7) und im ENSTA ParisTech in Paris unter der Anleitung von Olivier Bokanowski statt. Der erste Teil des ergänzenden Auslandsaufenthalts findet in der Zeit vom 17. September 2012 bis Ende Dezember 2012 statt.

weitere Informationen sind verfügbar unter:

Publikationen

M. Gerdts,I. Xausa: Avoidance trajectories using reachable sets and parametric sensitivity analysis
in: System modeling and optimization. 25th IFIP TC 7 conference on system modeling and optimization, CSMO 2011, Berlin, Germany, September 12–16, 2011. Revised Selected Papers, D. Hömberg, F. Tröltzsch (eds.)
IFIP Advances in Information and Communication Technology 391, 2013, 491 - 500

DOI: 10.1007/978-3-642-36062-6_49


R. Baier, M. Gerdts, I. Xausa: Approximation of Reachable Sets using Optimal Control Algorithms
Numerical Algebra, Control and Optimization 3 (3), 519 - 548, 2013,  

DOI: 10.3934/naco.2013.3.519


I. Kornienko, M. Gerdts, M. de Pinho: A new version of necessary conditions for optimal control problems with differential algebraic equations
in: Proceedings on the 20th International Symposium on Mathematical Theory of Networks and Systems (MTNS 2012), July 9-13, 2012, Melbourne, Australia, Melbourne, Australia, 2012, 8 pages, CD-ROM, Paper No. 43, full paper

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I. Xausa, R. Baier, M. Gerdts, M. Gonter, C. Wegwerth: Avoidance trajectories for driver assistance systems via solvers for optimal control problems
in: Proceedings of the 20th International Symposium on Mathematical Theory of Networks and Systems (MTNS2012), 8 pages, Melbourne, Australia, 2012, CD-ROM, Paper No. 294, full paper

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R. Baier: Set-valued Euler's method with interpolated distance functions and optimal control solvers
in: Proceedings on the 20th International Symposium on Mathematical Theory of Networks and Systems (MTNS 2012), July 9-13, 2012, Melbourne, Australia, Melbourne, Australia, 2012, 4 pages, CD-ROM, Paper No. 85, extended abstract

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R. Baier, M. Gerdts, I. Xausa: Approximation of Reachable Sets using Optimal Control Algorithms
36 pages, University of Bayreuth, Germany, 2011, technical report, October 2011, updated from version in April 26, 2010

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R. Baier, M. Gerdts: A Computational Method for Non-Convex Reachable Sets using Optimal Control
in: Proceedings of the European Control Conference (ECC) 2009, August 23-26, session MoA2.6, EUCA, Budapest, Hungary, 2009, 97 - 102

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R. Baier, C. Büskens, I. A. Chahma, M. Gerdts: Approximation of Reachable Sets by Direct Solution Methods of Optimal Control Problems
Optimization Methods and Software 22 (3), 433 - 452, 2007

DOI: 10.1080/10556780600604999
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