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Control and path planning for navigation of autonomous vehicles
No full textCes travaux de recherche portent sur la commande et la planification de trajectoires pour la navigation de véhicules autonomes. Ils se situent dans le cadre d'un projet très ambitieux lancé par le laboratoire Heudiasyc sur la conduite autonome à grande vitesses (vitesse longitudinale supérieure à 5m/s ~= 18 km/h). Pour proposer des solutions à cette problématique, après avoir réalisé une large recherche bibliographique sur la commande et la planification des trajectoires des véhicules autonomes, plusieurs contributions ont été présentées. En ce qui concerne la commande des véhicules autonomes, un contrôleur latéral par mode glissant d'ordre supérieur a été proposé. Compte tenu de la ressemblance implicite entre le mode glissant et le principe d'immersion et d'invariance (I&I), deux contrôleurs utilisant le principe d'immersion et d'invariance ont été proposés par la suite pour améliorer les performances par rapport au mode glissant. Le développement de ces nouveaux contrôleurs nous a permis de garantir une stabilité robuste pour tous les gains positifs des contrôleurs I&I. Ce résultat nous a conduit à étudier les propriétés intrinsèques du système. Une étude des propriétés de passivité du système a révélé des caractéristiques de passivité intéressantes. Par la suite, nous avons développé un contrôleur robuste basé sur la passivité. Concernant la navigation, nous avons développé deux algorithmes de navigation basés sur la méthode des tentacules. Ceci dans le but d'améliorer la méthode de base. Les résultats de la simulation montrent que les algorithmes donnent de bons résultats vis-à-vis des objectifs attendus d'évitement d'obstacles et de suivi de la trajectoire globale de référence. Les algorithmes de commande et de planification de trajectoires développés ont été validés en simulation hors-ligne avec des données réelles après avoir été testés sur un simulateur réaliste.My research focuses on trajectory planning and control of autonomous vehicles. This work is a part of an extremely ambitious project launched by the Heudiasyc laboratory about autonomous driving at high speed (longitudinal speed greater to 5m/s ~= 18 km/h). With regard to the control of autonomous vehicles at high speed, a lateral controler using higher-order sliding mode control is proposed. Given the implicit similarity between the sliding mode and the principle of immersion and invariance, two controllers using the principle of immersion and invariance have been subsequently proposed in order to improve the performance with respect to the sliding mode. The development of these new controllers shows very strong robust stability which leads us to study the intrinsic properties of the system. A study of the passivity properties of the system is also crried out, showing some interesting characteristics of the system. Hence, a robust passivity-based controller has been developed. Regarding the navigation, we have developed two navigation algorithms based on the tentacles method. Subsequently, a feasibility study of trajectory generation strategies for high speed driving is conducted. The outcome of the simulation proved that the algorithms gave out good results with respect to the expected ogjectives of obstacle avoidance and global reference path following. Control and motion planning algorithms developed were validated offline by simulation with real data. They have been also tested on a realistic simulator
Architecture de prise de décision/commande sûre et économe en énergie pour une formation de systèmes multi-véhicules évoluant dans un environnement dynamique
No full textL’engouement important pour les systèmes de transport intelligent est justifié principalement par l’impératif de réduire, voire annihiler, les erreurs humaines induisant les accidents. Cependant, s’attaquer uniquement aux Véhicules Autonomes (VAs) “individuels” demeure insuffisant, étant donné que plusieurs situations nécessitent la “coordination” des mouvements relatifs des VAs. Dans le paradigme du Système Multi-Véhicules (SMV), les VAs bénéficient de l’information issue de leur connectivité. Par conséquent, ils peuvent détecter plus précisément, traiter davantage d’informations et être contrôlés de manière plus précise. L’évaluation collaborative de la sécurité au sein du SMV permet l’établissement de stratégies avancées en matière d’évitement de collision, en particulier dans des scénarios complexes tels que les croisements au sein d’intersections et les insertions sur les entrées d’autoroute. De plus, la technologie SMV facilite la réduction des espaces entre les véhicules, améliorant ainsi la capacité et la fluidité du trafic routier. Le temps de réponse plus court du SMV permet un meilleur contrôle de la dynamique des VAs, ouvrant la voie à des stratégies énergétiques prometteuses. L’objectif principal des travaux de recherche constituant ce manuscrit de doctorat est de proposer une architecture de décision/contrôle sûre et peu énergivore pour le SMV naviguant dans des environnements dynamiques et complexes. Inspirée des architectures multi-contrôleurs, une Architecture Multi-Contrôleurs Coopérative est proposée. La première partie de l’architecture proposée concerne le niveau de prise de décision. Ce niveau, impliquant une stratégie de prise de décision à plusieurs comportements, est responsable de l’activation du comportement approprié du SMV en fonction de la métrique de sécurité. Deux comportements distincts sont proposés : (a) Le comportement nominal, conçu pour réaliser le scénario d’insertion tout en respectant les objectifs individuels des véhicules formant le SMV, est activé lorsqu’aucun risque de collision est détecté, (b) Le comportement coopératif est activé par le niveau de prise de décision lorsque l’exigence de sécurité n’est pas satisfaite par le comportement nominal. Son objectif est de résoudre le conflit lors de l’insertion en générant un ordre de passage sûr et économe énergétiquement pour les véhicules composant le SMV dans la zone d’insertion. La deuxième partie de l’architecture proposée se concentre sur le niveau de planification de trajectoire locale. Chaque comportement se voit attribuer un contrôleur dédié, conçu pour répondre à ses besoins spécifiques. Par exemple, le contrôleur du comportement coopératif est chargé de traduire l’ordre de passage des véhicules en dynamiques réalisables (trajectoire, vitesse, etc.). Cette tâche d’obtention de dynamiques réalisables est facilitée par la stratégie de reconfiguration dynamique de la formation proposée. En substance, l’approche tire parti des capacités de navigation en formation du SMV pour conceptualiser des manœuvres coopératives ayant trait d’insertion en milieu autoroutier, comme un problème de reconfiguration de formation. Une formalisation du problème de reconfiguration de la formation est présentée, utilisant une approche formelle, flexible et générique. La stratégie proposée utilise des cibles dynamiques virtuelles pour garantir une reconfiguration sécurisée de la formation, ceci, de sa forme initiale vers la configuration souhaitée par rapport à l’ordre de passage sélectionné. La performance de l’architecture globale a été évaluée par co-simulation en utilisant Matlab/Simulink et SCANeR studio.The widespread use of Intelligent Transportation Systems (ITS) primarily stems from the imperative to mitigate human errors contributing to accidents. However, addressing the “individual” Automated Vehicles (AVs) alone remains insufficient, given that a number of situations require the “coordination” of the relative movements of AVs. Within the Multi-Vehicle System (MVS) paradigm, AVs derive advantages from connectivity and road preview information. Consequently, they can sense more accurately, process more information, and can be more tightly controlled. The collaborative assessment of safety within MVS allows for the establishment of advanced collision-avoidance strategies, particularly in challenging scenarios such as intersection crossings and onramp mergings. Moreover, MVS technology facilitates the reduction of gaps between vehicles, enhancing road capacity and traffic flow. The MVS’s shorter response time enables improved control of AV dynamics, paving the way for promising energy-centric strategies. The main aim of the research done in this Ph.D. manuscript is to propose a safe and energy efficient decision/control architecture for MVS that navigates in dynamic and complex environment such as on-ramp merging and multi-road navigation in highway. Based on the multi-controller foundational control architecture a Cooperative Multi-Controller Architecture (C-MCA) is proposed. The first part of the proposed C-MCA deals with the decision-making level. This level involves a multi-behavior decision-making strategy, responsible for activating the MVS’ suitable behavior based on the safety metric. Two distinct behaviors are proposed: (a) The nominal behavior, designed for executing the merging scenario while adhering to the individual goals of the MVS vehicles. It is activated when no collision risk is detected, (b) The cooperative behavior, activated by the decision-making level when both of the safety and the energy efficiency requirement are not satisfied by the nominal behavior. Its objective is to solve the merging conflict by generating a safe and energy efficient passing order of the MVS vehicles in the merging zone. The second part of the proposed C-MCA focuses on the local trajectory planning level. Each behavior is assigned a dedicated controller tailored to meet its specific requirements. For instance, the cooperative behavior controller has the responsibility of translating the vehicle’s passing order into feasible dynamics (i.e., trajectory, velocity, etc.). The translation task is facilitated through the proposed dynamic formation reconfiguration strategy. In essence, the approach leverages the multi-vehicle system’s formation navigation capabilities to conceptualize the merging challenge as a formation reconfiguration problem. A formalization of the formation reconfiguration problem is presented, employing a flexible and generic formal approach. The proposed dynamic formation reconfiguration strategy, employs virtual dynamic targets to ensure a secure reshaping of the formation toward the desired configuration based on the selected passing order. The overall architecture’s performance is assessed through co-simulation using Matlab/Simulink and SCANeR studio
Contrôle coopératif homme-machine : gestion des transitions entre les modes manuel/auto pour un véhicule semi autonome
No full textLa conduite autonome est devenue un objectif primordial pour les industries automobiles ainsi que pour les recherches académiques ces dernières années. De nombreuses études avancées ont été réalisées dans ce domaine afin de rendre cette technologie accessible au public. Selon le département des transports aux États-Unis « National Highway Traffic Safety Administration NHTSA », il existe 6 niveaux d'autonomie : de 0 à 5. Cependant, le remplacement de la conduite traditionnelle par un système autonome reste une question ouverte et les véhicules entièrement autonomes ont besoin de plus de temps pour être réalisés afin de surmonter toutes les situations de conduite. Ainsi, afin de préparer l'environnement pour les véhicules autonomes, un contrôle latéral partagé pour le maintien de la voie sera traité dans cette thèse, pour gérer la transition entre le mode manuel/auto pour le véhicule semi-autonome (niveau 2 et 3). Ce contrôle partagé assure la sécurité sur la route et le confort du conducteur lorsque les deux agents agissent sur le contrôle du véhicule. La transition fait partie de l'interaction homme-machine (IHM), ce qui signifie que l'interaction de l'homme avec le système est importante pour que l'homme comprenne le comportement du système et agisse avec lui pour atteindre un objectif commun. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de développer un contrôle latéral partagé pour maintenir la voie en utilisant un système de direction steer-by-wire. L'objectif de ce contrôle partagé est de gérer l'autorité de contrôle entre le conducteur et le système autonome afin d'assurer la sécurité routière, d'améliorer les performances de conduite et de réaliser une transition lisse et sûre entre les deux agents. L'autorité de contrôle est réalisée en utilisant le contrôle partagé mixte qui permet la fusion de deux entrées de commande : l'angle de braquage du conducteur humain sur le volant et l'angle de braquage calculé par le système autonome, via un paramètre de fusion. Pour cela, un modèle de conducteur est développé dans ce travail, pour représenter l'humain dans la boucle. Les mouvements longitudinaux et latéraux du véhicule sont effectués par un système autonome développé en utilisant l'approche de contrôle par mode glissant "Super-Twisting", afin de suivre une trajectoire de référence. Ensuite, un algorithme de prise de décision est développé pour le contrôle latéral partagé afin de gérer l'autorité entre le conducteur et le système autonome et de calculer le paramètre de la fusion. Différents critères sont pris en compte et intégrés dans les algorithmes de décision, tels que : le degré de confiance de chaque entrée (conducteur humain et système autonome), l'erreur latérale, le comportement et l'intention du conducteur, la demande de prise de contrôle, etc. Enfin, l'implémentation et la validation du contrôle partagé proposé est effectuée sous Matlab/Simulink et sous le simulateur de véhicules "SCANeR Studio" (OKTAL) en interaction avec l'humain dans la boucle à travers le volant "Logitech G29" pour les différents scénarios de conduite. La dernière partie de la thèse porte sur le développement d'un système avancé d'aide à la conduite (ADAS) (niveau 2), comportant une direction avant active (AFS) et un contrôle direct du lacet (DY C). Les approches du contrôle partagé centralisée et décentralisée sont développées en se basant sur les techniques de commande : LPV=H1 et mode glissant "Super-Twisting", afin d'aider le conducteur dans la manœuvre de maintien de la voie, tout en garantissant la stabilité latérale du véhicule. Enfin, la validation des différentes approches est effectuée sous Matlab/Simulink pour les différentes études de cas avec un modèle non linéaire complet du véhicule validé sous le simulateur professionnel "SCANeR Studio".The development of the autonomous vehicles has become a purposeful target for automotive industries as well as for the academic researches in the recent years. Many advanced studies have been done in this field to make this technology accessible for the public. According to the US Department of Transportation « National Highway Traffic Safety Administration NHTSA », there are 6 levels of automation: from 0 to 5. However, the act of replacing the traditional driven by an autonomous system is still an open question and the full autonomous vehicle needs more time to be realized in order to overcome all the possible driving situations. So, in order to prepare the environment for the autonomous vehicles, a shared lateral control for the lane keeping purpose will be treated in this thesis, to manage the transition between manual/auto mode for the semi-autonomous vehicle (level 2 and 3). This shared control ensures driving safety on the road and the driver's comfort when the two agents act on the vehicle's control. The transition shifting is a part of human machine interaction (HMI) which means that the interaction of human with the system is important for the human to understand the system's behavior and act with him to accomplish a shared goal. In this context, the objective of this thesis is to develop a shared lateral control for the lane keeping objective using steer-by-wire system. The objective of this shared control is to manage the control authority between driver and autonomous system in order to ensure road safety, enhance driving performance and realize a smooth and safe switching between the two agents. The control authority is realized using the blended shared control that permits the fusion of the two agents inputs on the steering wheels: the steering wheel angle of the human driver and the steering wheel angle of the autonomous system, via a fusion parameter. To do that, a driver model is developed in this work, to represent the human in the loop. The vehicle longitudinal and lateral movements are performed by an autonomous system developed using the Super-Twisting Sliding Mode (STSM) control approach, in order to follow a reference trajectory. Then, decision-making algorithms are developed for the shared lateral control to manage authority between the driver and the autonomous system and calculate the fusion parameter. Different criteria are considered and integrated in the decision algorithms, such as: the degree of confidence of each input (human driver and autonomous system), the lateral error, driver's behavior and intention, take over request, etc. Finally, validation and implementation of the proposed shared control is done on Matlab/Simulink and on "SCANeR Studio" vehicle's simulator (OKTAL) interacting with the human in-the-loop through the "Logitech G29 " steering wheel for the di_erent driving scenarios. The last part of the thesis deals with the development of Advanced Driving Assistance System (ADAS) (level 2), involving Active Front Steering (AFS) and Direct Yaw Control (DY C). The proposed centralized and decentralized shared control approaches are developed based on: the LPV/H1 and Super-Twisting Sliding Mode (STSM) control techniques, to help the driver in the lane keeping maneuver, while guaranteeing vehicle's lateral stability. Finally, validation of the different approaches is done on Matlab/Simulink for the different case studies with a complete nonlinear model of the vehicle validated on "SCANeR Studio" professional simulator
Modélisation et commandes non linéaires du système d air des piles à combustible type PEM (Proton Exchange Membrane)
No full textLe travail de thèse porte sur les systèmes d alimentation en air des piles à combustible type PEM (Proton Exchange Membrane). Une première étape du travail a porté sur la modélisation, et consistait à réduire le modèle dynamique d ordre 4 à un modèle plus simple d ordre 3. Ce dernier a été validé expérimentalement avec une erreur relative moins de 5%. Le modèle réduit a été décomposé en l interconnection de 3 sous-systèmes dont l un est strictement passif en sortie ; et une structure de commande en cascade a été conçue. Une étude de stabilité basée sur la passivité a permis d établir une méthodologie générale pour le réglage de tout type de contrôleur tout en garantissant la stabilité du système bouclé. De plus, une autre étude basée sur les caractéristiques de monotonicité du système a montré que le système est localement asymptotiquement stabilisable autour de tout point d équilibre, par un simple contrôleur proportionnel (p) ou proportionnel-intégral (pi), si la variable de retour est bien choisie. Plusieurs lois de commande ont été étudiées pour le réglage du débit d air du compresseur, et la stoechiométrie de la pile, comme le mode glissant, le rst, l ip, le backstepping, et l ors (output regulation subspaces). Des validations expérimentales ont mis en évidence les performances de la commande par mode glissant du second ordre, algorithme du super-twisting, avec gains variables.This thesis deals with the air supply system of PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cells. The first part treats modelling, and consist on the reduction of the 4th order dynamical model into a simpler 3rd order one. The latter has been validated experimentally with a relative error less than 5%. The reduced model has been decomposed into the interconnection of 3 subsystems, with one of them being output strictly passive; and a cascaded control structure has been designed. A passivity based stability study results in a general methodology for tuning any controller, with guaranteed stability of the closed-loop system. Moreover, another stability study, based on the monotonicity characteristics of the system, shows that the system is locally asymptotically stabilisable around any equilibrium point, with a simple proportional or proportional-integral controller, if the feedback variable is well chosen. Many control laws have been designed to regulate the compressor air flow and the oxygen stoechiometry. The used controllers are higher order sliding mode, rst, ip, backstepping, and ors (output regulation subspaces). Experimental validation proves the performance of the second order sliding mode control, precisely, the super-twisting algoritm with variable gains.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF
Passivity of the Air Supply System of a PEM Fuel Cell Model and Robust PI Control
No full textInternational audienc
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Full text linkThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Passivity of the Air Supply System of a PEM Fuel Cell Model and Robust PI Control
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Conférence invitée : IRP ADONIS: Diagnosis and intelligent control approaches for more ecological systems
No full textNational audienceThe international research project (IRP) ADONIS,2020-2024, focuses on the diagnosis and intelligent control ofsystems. It groups researchers from four partner organizations anduniversities: CNRS France, CNRS Lebanon, Université detechnologie de Compiègne (UTC) and Lebanese University (UL), withcommon interests and the desire to collaborate together in the areasof control, data analysis, data uncertainties, and this in several studydomains, such as biomedical systems, transport systems, and roboticand mechatronic systems. Three UTC/CNRS research units areinvolved in this IRP on the French side: Heudiasyc (UMR 7253),Roberval (FRE 2012) and BMBI (UMR 7338); as well as the CRSI(Centre de recherche scientifique en ingénierie) on the Lebanese side.About forty researchers are involved in this project, in the French andLebanese teams
Variations on the Author
Full text link“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
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