Mobilité sûre, coopérative, connectée et automatisée

Safe, cooperative, connected and automated mobility

• Auteur / Autrice : Maëlle Haudrechy
• Direction : Olivier Sename
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Automatique - Productique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Images Parole Signal Automatique
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : SAFE

Mots clés

Mots clés libres

Véhicules autromatisés

Commande cooperative

Mobilité sûre

Automated vehicles

Cooperative control

Safe Mobility

Résumé

Cette thèse sera consacrée aux véhicules sûrs, coopératifs, connectés et automatisés. Il est possible d'améliorer considérablement les stratégies existantes en proposant de nouvelles solutions où une approche holistique de l'intégration entre la dynamique du véhicule et l'automatisation connectée est réalisée. L'objectif principal est d'améliorer l'intégration sûre, interopérable et efficace des technologies d'automatisation dans le système de transport. L'objectif est de développer de nouvelles fonctions d'automatisation pour les CAV qui tiendront compte des situations difficiles : changements dans l'état des routes, événements inattendus provenant de véhicules fermés, prise en compte de véhicules hétérogènes (voitures et camions), réactions et erreurs du conducteur (humain)... Pour développer de telles fonctions, la méthodologie s'appuiera sur trois défis principaux : - Défi 1 : Une approche de contrôle coopératif des VCA sera développée, pour laquelle de nombreuses études ont été consacrées, soit à la résolution d'un problème de consensus, soit à celle d'un problème de contrôle robuste. L'objectif est ici d'obtenir un contrôle coopératif sûr face aux erreurs du conducteur, aux changements dans les conditions de la route et de la glissade, aux véhicules hétérogènes, aux différentes trajectoires requises .... - Défi 2 : Une architecture de contrôle coordonnée/intégrée sera proposée où les mouvements longitudinaux et latéraux seront pris en compte, ce qui n'est généralement pas le cas dans les travaux actuels. Les couplages inhérents seront pris en compte (en particulier par l'interaction avec les propriétés estimées des pneus, à partir des études du ConnecTEC-lab), une planification intégrée de la trajectoire et de la vitesse et des algorithmes de contrôle seront conçus. - Défi 3 : L'interaction réelle entre les véhicules et les pneus sera prise en compte. En effet, il est clair que les situations de conduite où la sécurité routière est concernée sont caractérisées par des conditions critiques de glissement longitudinal/latéral. De nouveaux algorithmes peuvent être développés dans le cadre du ConnecTEC-lab en vue de l'estimation des caractéristiques des pneus afin d'être intégrés aux architectures de contrôle proposées.

This thesis will be devoted to safe, cooperative, connected and automated vehicles. There is actually room for large improvements of existing strategies by proposing new solutions where a holistic approach of the integration between vehicle dynamics and connected automation is achieved. The main vision is here to enhance safe, interoperable, and efficient integration of automation technologies into the transportation system. The goal is to develop new automation functions for CAVs that will account for difficult situations: changes in road conditions, unexpected event from closed vehicles, account for heterogeneous vehicles (cars & trucks), (human) driver reactions and errors To develop such functions the methodology will rely on three main challenges: • Challenge 1: A cooperative control approach of CAVs will be developed for which many studies have been dedicated to, either solving a consensus problem or a robust control problem. The target is here to get a sake cooperative control faced to driver errors, changes in road/slip conditions, heterogeneous vehicles, various required trajectories . • Challenge 2: A coordinated/Integrated control architecture will be proposed where the longitudinal/lateral motions will be considered which is usually not the case in current work . Inherent couplings will be accounted for (in particular through the interaction with estimated tire properties, from ConnecTEC-lab studies), integrated path & speed planning and control algorithms will be designed • Challenge 3: The real interaction between the vehicles and tires will be considered. Indeed, it is clear that driving situations where road safety is concerned are characterized by critical longitudinal/lateral slip conditions. Some new algorithms can be developed within the framework of ConnecTEC-lab in view of estimation of tire characteristics in order to be integrated to the proposed control architectures In this thesis, on the theoretical side, control methods will be addressed using robust control approaches for Linear Parameter Varying (LPV) Systems to account for variations in environmental conditions (road condition, curvature, ...), nonlinearities of the vehicle, tire characteristics, but also the driver's real-time behavior This will include to develop: LPV models for a platoon of cars, vehicle, tire and driver dynamics, LPV observers to estimate unmeasured variables and to evaluate the car/tire characteristics, LPV controllers of the coordinated longitudinal/lateral dynamics. The tasks to be carried out can be stated for the 3 challenges above as follows: Challenge 1: An LPV cooperative control in view of consensus and string stability will be proposed considering different network configurations, heterogenous vehicles, varying look-ahead time and speed, communication delays and malfunctions The strategy will integrate several estimation algorithms for the road conditions (slip and slopes) and car parameters (from tire properties). This task will mainly concern the longitudinal motion, but, compared to existing studies, the coupling with the lateral motion will be accounted for in the case of Cooperative Adaptive Cruise Control (CACC) in peri-urban areas Challenge 2: A novelty will be here to develop integrated longitudinal/lateral control within the cooperative framework, in a single LPV control framework where the coupling in both vehicle dynamical motions will be considered. Such controllers must handle the variations of platoon velocity, road conditions& friction, types of vehicles, communications delays, as well as driver errors and reactions. Challenge 3: In this last challenge different algorithms/observers will be proposed to estimate vehicle and tire properties in view of the adaptation of the control algorithms to such estimators. The LPV framework will be the key tool for such adaptive control objectives in view of LPV Fault Tolerant Control schemes.