Low Speed Longitudinal Control Algorithms for Automated Vehicles in Simulation and Real Platforms

Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) acting over throttle and brake are already available in level 2 automated vehicles. In order to increase the level of automation new systems need to be tested in an extensive set of complex scenarios, ensuring safety under all circumstances. Validation of these systems using real vehicles presents important drawbacks: the time needed to drive millions of kilometers, the risk associated with some situations, and the high cost involved. Simulation platforms emerge as a feasible solution.Therefore, robust and reliable virtual environments to test automated driving maneuvers and control techniques are needed. In that sense, this paper presents a use case where three longitudinal low speed control techniques are designed, tuned, and validated using an in-house simulation framework and later applied in a real vehicle. Control algorithms include a classical PID, an adaptive network fuzzy inference system (ANFIS), and a Model Predictive Control (MPC). The simulated dynamics are calculated using a multibody vehicle model. In addition, longitudinal actuators of a Renault Twizy are characterized through empirical tests. A comparative analysis of results between simulated and real platform shows the effectiveness of the proposed framework for designing and validating longitudinal controllers for real automated vehicles.Te authors would like to acknowledge the ESCEL Project ENABLE-S3 (with Grant no. 692455-2) for the support in the development of this work

A new model-free design for vehicle control and its validation through an advanced simulation platform

A new model-free setting and the corresponding "intelligent" P and PD controllers are employed for the longitudinal and lateral motions of a vehicle. This new approach has been developed and used in order to ensure simultaneously a best profile tracking for the longitudinal and lateral behaviors. The longitudinal speed and the derivative of the lateral deviation, on one hand, the driving/braking torque and the steering angle, on the other hand, are respectively the output and the input variables. Let us emphasize that a "good" mathematical modeling, which is quite difficult, if not impossible to obtain, is not needed for such a design. An important part of this publication is focused on the presentation of simulation results with actual and virtual data. The actual data, used in Matlab as reference trajectories, have been obtained from a properly instrumented car (Peugeot 406). Other virtual sets of data have been generated through the interconnected platform SiVIC/RTMaps. It is a dedicated virtual simulation platform for prototyping and validation of advanced driving assistance systems. Keywords- Longitudinal and lateral vehicle control, model-free control, intelligent P controller (i-P controller), algebraic estimation, ADAS (Advanced Driving Assistance Systems).Comment: in 14th European Control Conference, Jul 2015, Linz, Austria. 201

Design and validation of decision and control systems in automated driving

xxvi, 148 p.En la última década ha surgido una tendencia creciente hacia la automatización de los vehículos, generando un cambio significativo en la movilidad, que afectará profundamente el modo de vida de las personas, la logística de mercancías y otros sectores dependientes del transporte. En el desarrollo de la conducción automatizada en entornos estructurados, la seguridad y el confort, como parte de las nuevas funcionalidades de la conducción, aún no se describen de forma estandarizada. Dado que los métodos de prueba utilizan cada vez más las técnicas de simulación, los desarrollos existentes deben adaptarse a este proceso. Por ejemplo, dado que las tecnologías de seguimiento de trayectorias son habilitadores esenciales, se deben aplicar verificaciones exhaustivas en aplicaciones relacionadas como el control de movimiento del vehículo y la estimación de parámetros. Además, las tecnologías en el vehículo deben ser lo suficientemente robustas para cumplir con los requisitos de seguridad, mejorando la redundancia y respaldar una operación a prueba de fallos. Considerando las premisas mencionadas, esta Tesis Doctoral tiene como objetivo el diseño y la implementación de un marco para lograr Sistemas de Conducción Automatizados (ADS) considerando aspectos cruciales, como la ejecución en tiempo real, la robustez, el rango operativo y el ajuste sencillo de parámetros. Para desarrollar las aportaciones relacionadas con este trabajo, se lleva a cabo un estudio del estado del arte actual en tecnologías de alta automatización de conducción. Luego, se propone un método de dos pasos que aborda la validación de ambos modelos de vehículos de simulación y ADS. Se introducen nuevas formulaciones predictivas basadas en modelos para mejorar la seguridad y el confort en el proceso de seguimiento de trayectorias. Por último, se evalúan escenarios de mal funcionamiento para mejorar la seguridad en entornos urbanos, proponiendo una estrategia alternativa de estimación de posicionamiento para minimizar las condiciones de riesgo

UltraSwarm: A Further Step Towards a Flock of Miniature Helicopters

We describe further progress towards the development of a MAV (micro aerial vehicle) designed as an enabling tool to investigate aerial flocking. Our research focuses on the use of low cost off the shelf vehicles and sensors to enable fast prototyping and to reduce development costs. Details on the design of the embedded electronics and the modification of the chosen toy helicopter are presented, and the technique used for state estimation is described. The fusion of inertial data through an unscented Kalman filter is used to estimate the helicopter’s state, and this forms the main input to the control system. Since no detailed dynamic model of the helicopter in use is available, a method is proposed for automated system identification, and for subsequent controller design based on artificial evolution. Preliminary results obtained with a dynamic simulator of a helicopter are reported, along with some encouraging results for tackling the problem of flocking

Design and validation of decision and control systems in automated driving

xxvi, 148 p.En la última década ha surgido una tendencia creciente hacia la automatización de los vehículos, generando un cambio significativo en la movilidad, que afectará profundamente el modo de vida de las personas, la logística de mercancías y otros sectores dependientes del transporte. En el desarrollo de la conducción automatizada en entornos estructurados, la seguridad y el confort, como parte de las nuevas funcionalidades de la conducción, aún no se describen de forma estandarizada. Dado que los métodos de prueba utilizan cada vez más las técnicas de simulación, los desarrollos existentes deben adaptarse a este proceso. Por ejemplo, dado que las tecnologías de seguimiento de trayectorias son habilitadores esenciales, se deben aplicar verificaciones exhaustivas en aplicaciones relacionadas como el control de movimiento del vehículo y la estimación de parámetros. Además, las tecnologías en el vehículo deben ser lo suficientemente robustas para cumplir con los requisitos de seguridad, mejorando la redundancia y respaldar una operación a prueba de fallos. Considerando las premisas mencionadas, esta Tesis Doctoral tiene como objetivo el diseño y la implementación de un marco para lograr Sistemas de Conducción Automatizados (ADS) considerando aspectos cruciales, como la ejecución en tiempo real, la robustez, el rango operativo y el ajuste sencillo de parámetros. Para desarrollar las aportaciones relacionadas con este trabajo, se lleva a cabo un estudio del estado del arte actual en tecnologías de alta automatización de conducción. Luego, se propone un método de dos pasos que aborda la validación de ambos modelos de vehículos de simulación y ADS. Se introducen nuevas formulaciones predictivas basadas en modelos para mejorar la seguridad y el confort en el proceso de seguimiento de trayectorias. Por último, se evalúan escenarios de mal funcionamiento para mejorar la seguridad en entornos urbanos, proponiendo una estrategia alternativa de estimación de posicionamiento para minimizar las condiciones de riesgo

A Comparison Between Coupled and Decoupled Vehicle Motion Controllers Based on Prediction Models

In this work, a comparative study is carried out with two different predictive controllers that consider the longitudinal jerk and steering rate change as additional parameters, as additional parameters, so that comfort constraints can be included. Furthermore, the approaches are designed so that the effect of longitudinal and lateral motion control coupling can be analyzed. This way, the first controller is a longitudinal and lateral coupled MPC approach based on a kinematic model of the vehicle, while the second is a decoupled strategy based on a triple integrator model based on MPC for the longitudinal control and a double proportional curvature control for the lateral motion control. The control architecture and motion planning are exhaustively explained. The comparative study is carried out using a test vehicle, whose dynamics and low-level controllers have been simulated using the realistic simulation environment Dynacar. The performed tests demonstrate the effectiveness of both approaches in speeds higher than 30 km/h, and demonstrate that the coupled strategy provides better performance than the decoupled one. The relevance of this work relies in the contribution of vehicle motion controllers considering the comfort and its advantage over decoupled alternatives for future implementation in real vehicles.This work has been conducted within the ENABLE-S3 project that has received funding from the ECSEL Joint Undertaking under Grant Agreement No 692455. This work was developed at Tecnalia Research & Innovation facilities supporting this research

Validation of trajectory planning strategies for automated driving under cooperative, urban, and interurban scenarios.

149 p.En esta Tesis se estudia, diseña e implementa una arquitectura de control para vehículos automatizados de forma dual, que permite realizar pruebas en simulación y en vehículos reales con los mínimos cambios posibles. La arquitectura descansa sobre seis módulos: adquisición de información de sensores, percepción del entorno, comunicaciones e interacción con otros agentes, decisión de maniobras, control y actuación, además de la generación de mapas en el módulo de decisión, que utiliza puntos simples para la descripción de las estructuras de la ruta (rotondas, intersecciones, tramos rectos y cambios de carril)Tecnali