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

Predictive Control for Autonomous Driving with Uncertain, Multi-modal Predictions

We propose a Stochastic MPC (SMPC) formulation for path planning with autonomous vehicles in scenarios involving multiple agents with multi-modal predictions. The multi-modal predictions capture the uncertainty of urban driving in distinct modes/maneuvers (e.g., yield, keep speed) and driving trajectories (e.g., speed, turning radius), which are incorporated for multi-modal collision avoidance chance constraints for path planning. In the presence of multi-modal uncertainties, it is challenging to reliably compute feasible path planning solutions at real-time frequencies ($\geq$ 10 Hz). Our main technological contribution is a convex SMPC formulation that simultaneously (1) optimizes over parameterized feedback policies and (2) allocates risk levels for each mode of the prediction. The use of feedback policies and risk allocation enhances the feasibility and performance of the SMPC formulation against multi-modal predictions with large uncertainty. We evaluate our approach via simulations and road experiments with a full-scale vehicle interacting in closed-loop with virtual vehicles. We consider distinct, multi-modal driving scenarios: 1) Negotiating a traffic light and a fast, tailgating agent, 2) Executing an unprotected left turn at a traffic intersection, and 3) Changing lanes in the presence of multiple agents. For all of these scenarios, our approach reliably computes multi-modal solutions to the path-planning problem at real-time frequencies.Comment: The first three authors contributed equall

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

Reduced Fuel Emissions through Connected Vehicles and Truck Platooning

Vehicle-to-infrastructure (V2I) and vehicle-to-vehicle (V2V) communication enable the sharing, in real time, of vehicular locations and speeds with other vehicles, traffic signals, and traffic control centers. This shared information can help traffic to better traverse intersections, road segments, and congested neighborhoods, thereby reducing travel times, increasing driver safety, generating data for traffic planning, and reducing vehicular pollution. This study, which focuses on vehicular pollution, used an analysis of data from NREL, BTS, and the EPA to determine that the widespread use of V2V-based truck platooning—the convoying of trucks in close proximity to one another so as to reduce air drag across the convoy—could eliminate 37.9 million metric tons of CO2 emissions between 2022 and 2026

A Complete Framework for a Behavioral Planner with Automated Vehicles: A Car-Sharing Fleet Relocation Approach

Currently, research on automated vehicles is strongly related to technological advances to achieve a safe, more comfortable driving process in different circumstances. The main achievements are focused mainly on highway and interurban scenarios. The urban environment remains a complex scenario due to the number of decisions to be made in a restrictive context. In this context, one of the main challenges is the automation of the relocation process of car-sharing in urban areas, where the management of the platooning and automatic parking and de-parking maneuvers needs a solution from the decision point of view. In this work, a novel behavioral planner framework based on a Finite State Machine (FSM) is proposed for car-sharing applications in urban environments. The approach considers four basic maneuvers: platoon following, parking, de-parking, and platoon joining. In addition, a basic V2V communication protocol is proposed to manage the platoon. Maneuver execution is achieved by implementing both classical (i.e., PID) and Model-based Predictive Control (i.e., MPC) for the longitudinal and lateral control problems. The proposed behavioral planner was implemented in an urban scenario with several vehicles using the Carla Simulator, demonstrating that the proposed planner can be helpful to solve the car-sharing fleet relocation problem in cities.This research was funded by the Goberment of the Basque Country (funding no. KK-2021/00123 and IT1726-22) and the European SHOW Project from the Horizon 2020 (funding no. 875530)