LPV lateral control of autonomous and automated vehicles

Abstract

(English) It is expected that automated driving will enhance road safety, increase highway capacity, reduce carbon emissions, and make transportation more accessible to disabled and older people. However, fully automated systems are not expected to be widely available until the 2040 decade. Due to this reason, human drivers will still be behind the wheel for the imminent future. On the other hand, Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) are becoming increasingly more advance and are a feature of most modern cars. This drive towards increased automated driving and the effects of human-automation interaction pose interesting challenges from a control theory perspectives. In this context, this thesis proposes the use of LPV/Hinf approaches that allow the synthesis of controllers capable to adapting to variations on the vehicle speed and to mitigate the effect of saturation on the steering actuator. In the human-automation interaction context, the thesis proposes an integrated lateral control ADAS strategy tasked with helping the human driver during critical scenarios. The criticality of the situation is estimated based on fault detection techniques that monitor the driver's performance. This estimation is then used to activate the LPV/Hinf lateral ADAS controller if required, or to deactivate it otherwise. Both the autonomous driving and ADAS control strategies proposed in this thesis have been experimentally validated on a reduced scale vehicle platform present at GIPSA-Lab.

(Català) S'espera que la conducció automatitzada millori la seguretat viària, augmenti la capacitat de les autopistes, redueixi les emissions de carboni i faci el transport més accessible per a discapacitats i persones majors. No obstant això, no s'espera que els sistemes totalment automatitzats estiguin àmpliament disponibles fins a la dècada de 2040. Per aquest motiu, els conductors humans seguiran al volant en un futur imminent. D'altra banda, els Sistemes Avançats d'Assistència al Conductor (ADAS) són cada vegada més avançats i formen part de la majoria dels cotxes moderns. Aquest impuls cap a una conducció cada vegada més automatitzada i els efectes de la interacció home-automatització plantegen reptes interessants des del punt de vista de la teoria de control. En aquest context, aquesta tesi proposa l'ús de tècniques LPV/Hinf que permeten sintetitzar controladors capaços d'adaptar-se a variacions en la velocitat del vehicle i de mitigar l'efecte de saturació en l'actuador de direcció. En el context de la interacció home-automatització, la tesi proposa una estratègia ADAS de control lateral integrat encarregada d'ajudar al conductor humà durant escenaris crítics. La criticitat de la situació s'estima a partir de tècniques de detecció de fallades que monitoren l'actuació del conductor. Aquesta estimació s'utilitza llavors per a activar el controlador ADAS lateral LPV/Hinf si és necessari, o per a desactivar-ho en cas contrari. Tant la conducció autònoma com les estratègies de control ADAS proposades en aquesta tesi han estat validades experimentalment en una plataforma de vehicle a escala reduïda present en GIPSA-Lab.