Control and communication systems for automated vehicles cooperation and coordination

Abstract

Mención Internacional en el título de doctor The technological advances in the Intelligent Transportation Systems (ITS) are exponentially improving over the last century. The objective is to provide intelligent and innovative services for the different modes of transportation, towards a better, safer, coordinated and smarter transport networks. The Intelligent Transportation Systems (ITS) focus is divided into two main categories; the first is to improve existing components of the transport networks, while the second is to develop intelligent vehicles which facilitate the transportation process. Different research efforts have been exerted to tackle various aspects in the fields of the automated vehicles. Accordingly, this thesis is addressing the problem of multiple automated vehicles cooperation and coordination. At first, 3DCoAutoSim driving simulator was developed in Unity game engine and connected to Robot Operating System (ROS) framework and Simulation of Urban Mobility (SUMO). 3DCoAutoSim is an abbreviation for "3D Simulator for Cooperative Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) and Automated Vehicles Simulator". 3DCoAutoSim was tested under different circumstances and conditions, afterward, it was validated through carrying-out several controlled experiments and compare the results against their counter reality experiments. The obtained results showed the efficiency of the simulator to handle different situations, emulating real world vehicles. Next is the development of the iCab platforms, which is an abbreviation for "Intelligent Campus Automobile". The platforms are two electric golf-carts that were modified mechanically, electronically and electrically towards the goal of automated driving. Each iCab was equipped with several on-board embedded computers, perception sensors and auxiliary devices, in order to execute the necessary actions for self-driving. Moreover, the platforms are capable of several Vehicle-to-Everything (V2X) communication schemes, applying three layers of control, utilizing cooperation architecture for platooning, executing localization systems, mapping systems, perception systems, and finally several planning systems. Hundreds of experiments were carried-out for the validation of each system in the iCab platform. Results proved the functionality of the platform to self-drive from one point to another with minimal human intervention. Los avances tecnológicos en Sistemas Inteligentes de Transporte (ITS) han crecido de forma exponencial durante el último siglo. El objetivo de estos avances es el de proveer de sistemas innovadores e inteligentes para ser aplicados a los diferentes medios de transporte, con el fin de conseguir un transporte mas eficiente, seguro, coordinado e inteligente. El foco de los ITS se divide principalmente en dos categorías; la primera es la mejora de los componentes ya existentes en las redes de transporte, mientras que la segunda es la de desarrollar vehículos inteligentes que hagan más fácil y eficiente el transporte. Diferentes esfuerzos de investigación se han llevado a cabo con el fin de solucionar los numerosos aspectos asociados con la conducción autónoma. Esta tesis propone una solución para la cooperación y coordinación de múltiples vehículos. Para ello, en primer lugar se desarrolló un simulador (3DCoAutoSim) de conducción basado en el motor de juegos Unity, conectado al framework Robot Operating System (ROS) y al simulador Simulation of Urban Mobility (SUMO). 3DCoAutoSim ha sido probado en diferentes condiciones y circunstancias, para posteriormente validarlo con resultados a través de varios experimentos reales controlados. Los resultados obtenidos mostraron la eficiencia del simulador para manejar diferentes situaciones, emulando los vehículos en el mundo real. En segundo lugar, se desarrolló la plataforma de investigación Intelligent Campus Automobile (iCab), que consiste en dos carritos eléctricos de golf, que fueron modificados eléctrica, mecánica y electrónicamente para darle capacidades autónomas. Cada iCab se equipó con diferentes computadoras embebidas, sensores de percepción y unidades auxiliares, con la finalidad de transformarlos en vehículos autónomos. Además, se les han dado capacidad de comunicación multimodal (V2X), se les han aplicado tres capas de control, incorporando una arquitectura de cooperación para operación en modo tren, diferentes esquemas de localización, mapeado, percepción y planificación de rutas. Innumerables experimentos han sido realizados para validar cada uno de los diferentes sistemas incorporados. Los resultados prueban la funcionalidad de esta plataforma para realizar conducción autónoma y cooperativa con mínima intervención humana. Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Eléctrica, Electrónica y Automática Presidente: Francisco Javier Otamendi Fernández de la Puebla.- Secretario: Hanno Hildmann.- Vocal: Pietro Cerri

Original document

The different versions of the original document can be found in:

• http://hdl.handle.net/10016/27674 under the license http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/