Risk analisys for cooperation between the driver and the control system of an autonomous vehicle

Orientador: Janito Vaqueiro FerreiraTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Este trabalho tem como objetivo principal estudar estratégias para a cooperação entre o condutor e o sistema de controle de trajetórias de veículos autônomos por uma análise de risco. Inicialmente apresenta-se um estudo das arquiteturas dos veículos autônomos baseadas nas camadas de percepção, planejamento e controle. Baseado neste estudo definiu-se uma arquitetura de software e de hardware para a plataforma de testes VILMA01 (Veículo Inteligente do Laboratório de Mobilidade Autônoma) que possibilita a interação com o condutor. Depois é apresentada a camada do controle de trajetórias que consiste em manipular os graus de liberdade do veículo (direção, freio e acelerador) para leva-lo a uma posição desejada para cada instante de tempo. Para isso, este trabalho utiliza uma técnica de controle preditivo baseado nos modelos dinâmicos do veículo e da direção. Na sequência é apresentado o planejamento de trajetórias que consiste em saber para onde deve ir o veículo de acordo com a percepção e a missão. Nesta camada é apresentada a parte reativa também conhecida como planejamento local de caminho, onde a rota desejada representada em um espaço curvilíneo é selecionada a partir de indicadores de risco intrínseco e extrínseco de cada caminho. Com as camadas de planejamento e controle definidas é proposto um método pelo qual pode-se estimar durante o controle cooperativo a trajetória desejada do condutor, possibilitando uma decisão a ser tomada com base numa análise de risco para condicionamento do controle cooperativo ou do planejamento cooperativo. Finalmente, diferentes testes experimentais foram realizados os quais permitiram validar a automação, a instrumentação da plataforma VILMA01, e os conceitos de controle e planejamento cooperativosAbstract: This work aims to study strategies of cooperation between the driver and path control system of an autonomous vehicle through a risk analysis. First, it is presented the study of architectures of autonomous vehicles based on the layers of perception, planning and control. An architecture that includes interaction with the driver is proposed to VILMA01 (First Intelligent Vehicle of the Autonomous Mobility Laboratory), as well as their hardware and software architectures. Second, it is presented the path control layer consisting of manipulating the degrees of freedom of the car (steering, braking and acceleration) for bringing it to a desired position for each instant of time. In order to achieve that, the dynamic models of the vehicle and the steering system are used to apply the predictive control technique. Then, it is presented the path planning layer which consists of determining where the vehicle should go according to the perception and the mission. This work shows the reactive part, also known as local path planning, where the desired path represented in a curvilinear space is selected based on intrinsic and extrinsic risk indicators of each path. With the layers of planning and control already set, a method is proposed to estimate the trajectory desired by the driver during the cooperative control, allowing a decision to be made based on a risk analysis for conditioning cooperative planning or the cooperative control. Finally, different tests on VILMA01 are performed to validate the automation, the instrumentation in the vehicle and the concepts of cooperative control and cooperative planningDoutoradoMecanica dos Sólidos e Projeto MecanicoDoutor em Engenharia Mecânica14864126141276/2012-6CAPESCNP