Coordinated Path Following Control of Multiple Wheeled Mobile Robots Through Decentralized Speed Adaptation

International audienceThis paper addresses the problem of coordinated path following of multiple wheeled mobile robots while keeping a desired formation. The control laws proposed are categorized into two envelopes, one is steering individual robots to trace along predefined paths, and the other is ensuring tracked paths to be well defined in the formation, by means of decentralized speed adaption. Within this framework, geometric paths following are built on Lyapunov theory and backstepping techniques, while injecting helmsman like behavior into individual path following control. Speed adaption with minimum communication variable under the constraints of multi-robot communication topology, is elaborately designed without relative speeds between neighboring robots requested. The simple but effective controller design, enables multi-robot system to be coordinated and stabilized into an invariant manifold, and all speeds converge to desired profiles in addition. Simulation results illustrate the efficacy of the solution proposed

A cooperative advanced driver assistance and safety system for connected and automated vehicles

Konfliktsituationen mit mehreren Beteiligten sind für Fahrzeugführer und konventionelle Fahrerassistenz- und Sicherheitssysteme durch ihre hohe Komplexität schwer beherrschbar. So geschehen viele Unfälle auf den Straßen dieser Welt, die durch gemeinschaftlich abgestimmte Fahrmanöver verhindert oder in ihren Unfallfolgen gemindert werden könnten. Die vorliegende Arbeit adressiert dieses Potenzial und beschäftigt sich mit der Entwicklung und prototypischen Umsetzung eines fahrzeugübergreifenden kooperativen Fahrerassistenz- und Sicherheitssystems, welches mehrere Fahrzeuge über eine funkbasierte Kommunikation miteinander verbindet, sowie unfallfreie Lösungen berechnet und durchführt. In diesem Zusammenhang werden drei Forschungsfragen aufgestellt, die eine Definition von kooperativem Verhalten, eine Methode zur Koordination der anfallenden Aufgaben (Aufgabenkoordination) und eine Methode zur gemeinsamen Fahrmanöverplanung (Fahrmanöverkoordination) adressieren. Der Stand der Wissenschaft und Technik bezüglich der Forschungsfragen wird mithilfe einer systematischen Literaturstudie ermittelt, die für den Leser in einem Überblick dargestellt und hinsichtlich einer möglichen Beantwortung der Forschungsfragen ausgewertet wird. Es zeigt sich, dass die drei Forschungsfragen mit ihren Anforderungen bislang unbeantwortet sind. Zur Definition von kooperativem Verhalten werden Eigenschaften von diesem aufgezeigt, die in notwendige und hinreichende Bedingungen überführt werden. Mit der zusätzlichen Berücksichtigung von Reziprozität ergibt sich eine Definition von kooperativem Verhalten, welche durch die Steigerung des Gesamtnutzens die Unterscheidung zwischen unkooperativem Verhalten auf der einen Seite und rational-kooperativem, altruistisch-kooperativem bzw. egoistisch-kooperativem Verhalten auf der anderen Seite ermöglicht. Ein Vergleich mit den aus dem Stand der Technik bekannten Definitionen zeigt den Neuigkeitswert der entwickelten Definition. In ausgewählten Situationen wird die Definition in Simulationen angewandt.Critical situations involving multiple vehicles are rarely controlled by the associated drivers. This is one reason for the remaining number of accidents which could possibly be prevented or at least mitigated with jointly planned and conducted driving maneuvers. This potential is addressed in the dissertation at hand by developing a prototypical cooperative driver assistance and safety system coordinating multiple vehicles cooperatively using vehicle-to-vehicle-communication. In this context, three research questions reflect challenges on the road towards such a system. The research questions deal with defining a cooperative behavior, creating a method allowing to allocate coordinative tasks (task coordination), and generating a method enabling to plan joint cooperative maneuvers (maneuver coordination). Regarding the proposed research questions, a systematic literature review reveals the state-of-the-art which is first presented in an overview and afterwards used to derive open issues. The result is that the three research questions remain relevant and unanswered. In order to define cooperative behavior, properties are identified and categorized in sufficient and necessary conditions. An additional consideration of reciprocity enables the derivation of a definition of cooperative behavior which aims to increase the total utility. Cooperative behavior may further be separated into rational-cooperative, altruistic-cooperative, and egoistic-cooperative behavior. A comparison with known definitions of the state-of-the-art demonstrates the innovation of the novel definition, which is applied in chosen situations