在自主赛车局势中呈现的挑战与常规自主驾驶中面临的挑战不同，并且需要更快的端到端算法，并考虑确定最佳当前动作，以便在思想即将到来的演习和情况下保持最佳的动作。在本文中，我们提出了一种用于自主赛车的端到端方法，其从板载相机中获取作为输入视频信息，并确定最终的转向和节流控制动作。我们使用以下拆分构造这样的方法（1）学习场景的低维表示，（2）预先生成给定场景的最佳轨迹，以及（3）使用经典控制方法跟踪预测的轨迹。在学习场景的低维表示时，我们使用具有新颖的无监督轨迹策划器来生成专家轨迹的中间表示，因此利用它们直接从给定的前面输入图像预测竞争线。因此，所提出的算法采用了最佳的两个世界 - 基于学习的基于方法的鲁棒性以及基于端到端学习的框架中的轨迹生成的优化方法的准确性。我们部署并展示了我们在Carla上的框架，这是一个用于测试现实环境中的自动驾驶汽车的质感型模拟器。

The last decade witnessed increasingly rapid progress in self-driving vehicle technology, mainly backed up by advances in the area of deep learning and artificial intelligence. The objective of this paper is to survey the current state-of-the-art on deep learning technologies used in autonomous driving. We start by presenting AI-based self-driving architectures, convolutional and recurrent neural networks, as well as the deep reinforcement learning paradigm. These methodologies form a base for the surveyed driving scene perception, path planning, behavior arbitration and motion control algorithms. We investigate both the modular perception-planning-action pipeline, where each module is built using deep learning methods, as well as End2End systems, which directly map sensory information to steering commands. Additionally, we tackle current challenges encountered in designing AI architectures for autonomous driving, such as their safety, training data sources and computational hardware. The comparison presented in this survey helps to gain insight into the strengths and limitations of deep learning and AI approaches for autonomous driving and assist with design choices. 1

With the development of deep representation learning, the domain of reinforcement learning (RL) has become a powerful learning framework now capable of learning complex policies in high dimensional environments. This review summarises deep reinforcement learning (DRL) algorithms and provides a taxonomy of automated driving tasks where (D)RL methods have been employed, while addressing key computational challenges in real world deployment of autonomous driving agents. It also delineates adjacent domains such as behavior cloning, imitation learning, inverse reinforcement learning that are related but are not classical RL algorithms. The role of simulators in training agents, methods to validate, test and robustify existing solutions in RL are discussed.

Making safe and human-like decisions is an essential capability of autonomous driving systems and learning-based behavior planning is a promising pathway toward this objective. Distinguished from existing learning-based methods that directly output decisions, this work introduces a predictive behavior planning framework that learns to predict and evaluate from human driving data. Concretely, a behavior generation module first produces a diverse set of candidate behaviors in the form of trajectory proposals. Then the proposed conditional motion prediction network is employed to forecast other agents' future trajectories conditioned on each trajectory proposal. Given the candidate plans and associated prediction results, we learn a scoring module to evaluate the plans using maximum entropy inverse reinforcement learning (IRL). We conduct comprehensive experiments to validate the proposed framework on a large-scale real-world urban driving dataset. The results reveal that the conditional prediction model is able to forecast multiple possible future trajectories given a candidate behavior and the prediction results are reactive to different plans. Moreover, the IRL-based scoring module can properly evaluate the trajectory proposals and select close-to-human ones. The proposed framework outperforms other baseline methods in terms of similarity to human driving trajectories. Moreover, we find that the conditional prediction model can improve both prediction and planning performance compared to the non-conditional model, and learning the scoring module is critical to correctly evaluating the candidate plans to align with human drivers.

最近，自主驾驶社会上有许多进展，吸引了学术界和工业的很多关注。然而，现有的作品主要专注于汽车，自动驾驶卡车算法和模型仍然需要额外的开发。在本文中，我们介绍了智能自动驾驶卡车系统。我们所呈现的系统由三个主要组成部分组成，1）一个现实的交通仿真模块，用于在测试场景中产生现实的交通流量，2）设计和评估了在现实世界部署中模仿实际卡车响应的高保真卡车模型，3 ）具有基于学习的决策算法和多模轨迹策划仪的智能计划模块，考虑到卡车的约束，道路斜率变化和周围的交通流量。我们为每个组分单独提供定量评估，以证明每个部件的保真度和性能。我们还将我们的建议系统部署在真正的卡车上，并进行真实的世界实验，表明我们的系统能力缓解了SIM-TO-REAL差距。我们的代码可以在https://github.com/inceptioresearch/iits提供

在动态，多助手和复杂的城市环境中驾驶是一个需要复杂的决策政策的艰巨任务。这种策略的学习需要可以编码整个环境的状态表示。作为图像编码车辆环境的中级表示已成为一种受欢迎的选择。仍然，它们是非常高的，限制了他们在诸如加固学习等数据饥饿的方法的使用。在本文中，我们建议通过利用相关语义因素的知识来学习环境的低维度和丰富的潜在表示。为此，我们训练编码器解码器深神经网络，以预测多种应用相关因素，例如其他代理和自助车的轨迹。此外，我们提出了一种基于其他车辆的未来轨迹的危险信号和计划的路由，这些路线与学习的潜在表示作为输入到下游策略的输入。我们演示了使用多头编码器解码器神经网络导致比标准单头模型更具信息的表示。特别是，所提出的代表学习和危险信号有助于加强学习以更快地学习，而性能提高，数据比基线方法更快。

由于交通环境的复杂性和波动性，自主驾驶中的决策是一个显着难的问题。在这个项目中，我们使用深度Q-network，以及基于规则的限制来使车道变化的决定。可以通过将高级横向决策与基于低级规则的轨迹监视相结合来获得安全高效的车道改变行为。预计该代理商在培训中，在实际的UDAcity模拟器中进行了适当的车道更换操作，总共100次发作。结果表明，基于规则的DQN比DQN方法更好地执行。基于规则的DQN达到0.8的安全速率和47英里/小时的平均速度

We develop a hierarchical controller for head-to-head autonomous racing. We first introduce a formulation of a racing game with realistic safety and fairness rules. A high-level planner approximates the original formulation as a discrete game with simplified state, control, and dynamics to easily encode the complex safety and fairness rules and calculates a series of target waypoints. The low-level controller takes the resulting waypoints as a reference trajectory and computes high-resolution control inputs by solving an alternative formulation with simplified objectives and constraints. We consider two approaches for the low-level planner, constructing two hierarchical controllers. One approach uses multi-agent reinforcement learning (MARL), and the other solves a linear-quadratic Nash game (LQNG) to produce control inputs. The controllers are compared against three baselines: an end-to-end MARL controller, a MARL controller tracking a fixed racing line, and an LQNG controller tracking a fixed racing line. Quantitative results show that the proposed hierarchical methods outperform their respective baseline methods in terms of head-to-head race wins and abiding by the rules. The hierarchical controller using MARL for low-level control consistently outperformed all other methods by winning over 88% of head-to-head races and more consistently adhered to the complex racing rules. Qualitatively, we observe the proposed controllers mimicking actions performed by expert human drivers such as shielding/blocking, overtaking, and long-term planning for delayed advantages. We show that hierarchical planning for game-theoretic reasoning produces competitive behavior even when challenged with complex rules and constraints.

可靠地预测围绕自动赛车的参赛者车辆的动议对于有效和表现计划至关重要。尽管高度表现力，但深度神经网络是黑盒模型，使其在安全至关重要的应用（例如自动驾驶）中具有挑战性。在本文中，我们介绍了一种结构化的方式，以预测具有深神网络的对立赛车的运动。最终可能的输出轨迹集受到限制。因此，可以给出有关预测的质量保证。我们通过将模型与基于LSTM的编码器架构一起评估模型来报告该模型的性能，这些架构是从高保真硬件中获取的数据中获得的。拟议的方法的表现优于预测准确性的基线，但仍能履行质量保证。因此，该模型的强大现实应用已被证明。介绍的模型被部署在慕尼黑技术大学的Indy Automous Challenge 2021中。本研究中使用的代码可作为开放源软件提供，网址为www.github.com/tumftm/mixnet。

当前的端到端自动驾驶方法要么基于计划的轨迹运行控制器，要么直接执行控制预测，这已经跨越了两条单独研究的研究线。本文看到了它们彼此的潜在相互利益，主动探讨了这两个发展良好的世界的结合。具体而言，我们的集成方法分别有两个用于轨迹计划和直接控制的分支。轨迹分支可以预测未来的轨迹，而控制分支则涉及一种新颖的多步预测方案，以便可以将当前动作与未来状态之间的关系进行推理。连接了两个分支，因此控制分支在每个时间步骤中从轨迹分支接收相应的指导。然后将来自两个分支的输出融合以实现互补的优势。我们的结果在闭环城市驾驶环境中进行了评估，并使用CARLA模拟器具有挑战性的情况。即使有了单眼相机的输入，建议的方法在官方Carla排行榜上排名第一$，超过了其他具有多个传感器或融合机制的复杂候选人。源代码和数据将在https://github.com/openperceptionx/tcp上公开提供。

当人类播放虚拟赛车游戏时，他们使用游戏屏幕上的视觉环境信息来了解环境中的规则。相比之下，优于人类玩家的最先进的现实赛车游戏AI代理商不使用基于图像的环境信息，而是由环境提供的紧凑和精确的测量。在本文中，提出了一种基于视觉的控制算法，并在使用Gran Turismo Sport（GTS）的现实赛车场景中的相同条件下与人类播放器性能进行比较，这被称为高保真逼真的赛车模拟器。在所提出的方法中，构成在传统最先进的方法中的部分观测的环境信息被从游戏屏幕图像中提取的特征表示替换。我们证明，即使使用游戏屏幕图像，所提出的方法也在高速驾驶场景下执行专家人级车辆控制，作为游戏屏幕图像作为高维输入。此外，它在时间试用任务中以GTS中内置的AI占此胜过，其分数将其分为大约28,000人的人类玩家。

自动驾驶汽车是一项不断发展的技术，旨在通过自动操作从车道变更到超车来提高安全性，可访问性，效率和便利性。超车是自动驾驶汽车最具挑战性的操作之一，当前的自动超车技术仅限于简单情况。本文研究了如何通过允许动作流产来提高自主超车的安全性。我们提出了一个基于深层Q网络的决策过程，以确定是否以及何时需要中止超车的操作。拟议的算法在与交通情况不同的模拟中进行了经验评估，这表明所提出的方法可以改善超车手动过程中的安全性。此外，使用自动班车Iseauto在现实世界实验中证明了该方法。

仿真是对机器人系统（例如自动驾驶汽车）进行扩展验证和验证的关键。尽管高保真物理和传感器模拟取得了进步，但在模拟道路使用者的现实行为方面仍然存在一个危险的差距。这是因为，与模拟物理和图形不同，设计人类行为的第一个原理模型通常是不可行的。在这项工作中，我们采用了一种数据驱动的方法，并提出了一种可以学会从现实世界驱动日志中产生流量行为的方法。该方法通过将交通仿真问题分解为高级意图推理和低级驾驶行为模仿，通过利用驾驶行为的双层层次结构来实现高样本效率和行为多样性。该方法还结合了一个计划模块，以获得稳定的长马行为。我们从经验上验证了我们的方法，即交通模拟（位）的双层模仿，并具有来自两个大规模驾驶数据集的场景，并表明位表明，在现实主义，多样性和长途稳定性方面可以达到平衡的交通模拟性能。我们还探索了评估行为现实主义的方法，并引入了一套评估指标以进行交通模拟。最后，作为我们的核心贡献的一部分，我们开发和开源一个软件工具，该工具将跨不同驱动数据集的数据格式统一，并将现有数据集将场景转换为交互式仿真环境。有关其他信息和视频，请参见https://sites.google.com/view/nvr-bits2022/home

相应地预测周围交通参与者的未来状态，并计划安全，平稳且符合社会的轨迹对于自动驾驶汽车至关重要。当前的自主驾驶系统有两个主要问题：预测模块通常与计划模块解耦，并且计划的成本功能很难指定和调整。为了解决这些问题，我们提出了一个端到端的可区分框架，该框架集成了预测和计划模块，并能够从数据中学习成本函数。具体而言，我们采用可区分的非线性优化器作为运动计划者，该运动计划将神经网络给出的周围剂的预测轨迹作为输入，并优化了自动驾驶汽车的轨迹，从而使框架中的所有操作都可以在框架中具有可观的成本，包括成本功能权重。提出的框架经过大规模的现实驾驶数据集进行了训练，以模仿整个驾驶场景中的人类驾驶轨迹，并在开环和闭环界面中进行了验证。开环测试结果表明，所提出的方法的表现优于各种指标的基线方法，并提供以计划为中心的预测结果，从而使计划模块能够输出接近人类的轨迹。在闭环测试中，提出的方法表明能够处理复杂的城市驾驶场景和鲁棒性，以抵抗模仿学习方法所遭受的分配转移。重要的是，我们发现计划和预测模块的联合培训比在开环和闭环测试中使用单独的训练有素的预测模块进行计划要比计划更好。此外，消融研究表明，框架中的可学习组件对于确保计划稳定性和性能至关重要。

数据驱动的模拟器承诺高数据效率进行驾驶策略学习。当用于建模相互作用时，这种数据效率变为瓶颈：小型基础数据集通常缺乏用于学习交互式驾驶的有趣和具有挑战性的边缘案例。我们通过提出使用绘制的ADO车辆学习强大的驾驶策略的仿真方法来解决这一挑战。因此，我们的方法可用于学习涉及多代理交互的策略，并允许通过最先进的策略学习方法进行培训。我们评估了驾驶中学习标准交互情景的方法。在广泛的实验中，我们的工作表明，由此产生的政策可以直接转移到全规模的自治车辆，而无需使用任何传统的SIM-to-Real传输技术，例如域随机化。

在交通场景中的道路使用者的运动预测对于必须在复杂的动态环境中采取安全和强大决策的自动驾驶系统至关重要。我们提出了一种新型的运动预测系统，用于自动驾驶。我们的系统基于贝叶斯逆计划框架，该框架有效地精心策划了基于地图的目标提取，基于经典的基于控制的轨迹发生器以及专家集合轻巧神经网络的混合物，专门针对运动概况预测。与许多替代方法相反，这种模块化有助于隔离性能因素并更好地解释结果，而不会损害性能。该系统解决了感兴趣的多个方面，即多模式，运动概况不确定性和轨迹物理可行性。我们报告了流行的高速公路数据集NGSIM的几个实验，这在轨迹误差方面证明了最先进的性能。我们还对系统组件进行了详细的分析，以及基于行为（例如变更车道与跟随车道）对数据进行分层的实验，以提供对该域中挑战的见解。最后，我们提出了定性分析，以显示我们方法的其他好处，例如解释产出的能力。

在典型的自主驾驶堆栈中，计划和控制系统代表了两个最关键的组件，其中传感器检索并通过感知算法处理的数据用于实施安全舒适的自动驾驶行为。特别是，计划模块可以预测自动驾驶汽车应遵循正确的高级操作的路径，而控制系统则执行一系列低级动作，控制转向角度，油门和制动器。在这项工作中，我们提出了一个无模型的深钢筋学习计划者培训一个可以预测加速度和转向角度的神经网络，从而获得了一个单个模块，可以使用自我自我的本地化和感知算法处理的数据来驱动车辆-驾车。特别是，在模拟中进行了全面训练的系统能够在模拟和帕尔马市现实世界中的无障碍环境中平稳驱动，证明该系统具有良好的概括能力，也可以驱动驱动在培训方案之外的那些部分。此外，为了将系统部署在真正的自动驾驶汽车上，并减少模拟和现实世界中的差距，我们还开发了一个由微小的神经网络表示的模块，能够在期间重现真正的车辆动态行为模拟的培训。

自主赛车的主要挑战之一是在复杂的赛车课程中设计用于运动计划的算法。先前已经提出了端到端轨迹合成，其中根据赛车的摄像头图像计算自我车辆的轨迹。这是在使用行为克隆技术的监督学习设置中完成的。在本文中，我们通过引入差异贝叶斯过滤（DBF）来解决轨迹合成行为克隆方法的局限性，该贝叶斯过滤（DBF）使用概率B \'ezier曲线作为推断基于贝叶斯推论的最佳自主赛车轨迹的基础。我们引入了轨迹采样机构，并将其与过滤过程相结合，该过程能够将汽车推向其物理驾驶极限。 DBF的性能在深度序列的一级模拟环境中进行了评估，并将其与其他几种轨迹合成方法以及人类驾驶性能进行了比较。 DBF通过将赛车推到其控制范围的同时，同时始终保持在轨道范围内，从而达到了最快的圈时间和最快的速度。

关于车辆路径预测的推理是自动驾驶系统安全运行的必不可少的问题。有许多用于路径预测的研究工作。但是，其中大多数不使用车道信息，也不基于变压器体系结构。通过利用从配备自动驾驶车辆的传感器收集的不同类型的数据，我们提出了一个名为多模式变压器路径预测（MTPP）的路径预测系统，该系统旨在预测目标试剂的长期未来轨迹。为了实现更准确的路径预测，在我们的模型中采用了变压器体系结构。为了更好地利用车道信息，目标试剂不太可能采用与目标试剂相反的车道，因此被过滤掉。另外，将连续的车道块组合在一起，以确保车道输入足够长以进行路径预测。进行了广泛的评估，以显示使用Nuscene（现实世界中的轨迹预测数据集）的拟议系统的功效。

许多现有的自动驾驶范式涉及多个任务的多个阶段离散管道。为了更好地预测控制信号并增强用户安全性，希望从联合时空特征学习中受益的端到端方法是可取的。尽管基于激光雷达的输入或隐式设计有一些开创性的作品，但在本文中，我们在可解释的基于视觉的设置中提出了问题。特别是，我们提出了一种空间性特征学习方案，以同时同时进行感知，预测和计划任务的一组更具代表性的特征，称为ST-P3。具体而言，提出了一种以自我为中心的积累技术来保留3D空间中的几何信息，然后才能感知鸟类视图转化。设计了双重途径建模，以考虑将来的预测，以将过去的运动变化考虑到过去。引入了基于时间的精炼单元，以弥补识别基于视觉的计划的元素。据我们所知，我们是第一个系统地研究基于端视力的自主驾驶系统的每个部分。我们在开环Nuscenes数据集和闭环CARLA模拟上对以前的最先进的方法进行基准测试。结果显示了我们方法的有效性。源代码，模型和协议详细信息可在https://github.com/openperceptionx/st-p3上公开获得。