Lane change in automated driving : an explicit coordination strategy

Automated driving can provide benefits in terms of safety (by decreasing the occurrence of accidents), driving experience (since it helps avoiding traffic jams), and efficiency (by reducing emissions and energy consumption). In this thesis we address the design of a lane change coordinated maneuver for the application to a multi-vehicle automated driving scenario. More specifically, we consider a vehicle that has to merge into a platoon in a one-way roadway with two lanes. We consider a two-phase resolution scheme recently proposed in the literature where vehicles in the platoon need to coordinate to create a gap for the merging vehicle to enter safely, and then a lane change maneuver computed offline is performed by the merging vehicle. We enhance this resolution scheme by pre-computing also the multi-vehicle coordination strategy, so as to further limit the computational and communication effort involved in its online implementation. This is achieved by considering the platoon as if it were composed of an infinite number of vehicles and solving a multi-parametric optimization program providing the coordination strategy as an explicit function of the position and velocity of the merging vehicle. Numerical simulations show that the resulting performance degradation is limited and confined to boundary effects at the head and tail of the platoon.

La guida autonoma può portare diversi benefici in termini di sicurezza, diminuendo il numero di incidenti, di esperienza di guida, limitando la formazione di code e congestione del traffico, e di efficienza, riducendo le emissioni e il consumo di energia. La tesi affronta il problema di progettazione di una manovra coordinata di cambio di corsia, applicata ad uno scenario che comprende più veicoli a guida autonoma. In particolare, viene considerato il caso di un singolo veicolo che deve immettersi in un plotone di vetture che viaggiano nella corsia adiacente, in una strada a due corsie a senso unico di marcia. Lo schema risolutivo scelto, che prevede una divisione della manovra in due fasi interconnesse, è stato recentemente proposto in letteratura e prevede una prima fase in cui i veicoli devono coordinarsi per creare spazio nel plotone e facilitare l'inserimento del veicolo e, successivamente, il vero e proprio cambio di corsia, la cui traiettoria è calcolata offline. Nella tesi questo schema risolutivo viene modificato rendendo offline anche la fase iniziale di coordinamento dei veicoli, in modo da limitare ulteriormente il carico computazionale e lo scambio di informazioni che pesano, invece, nella risoluzione online del problema. Per introdurre questa modifica è necessario considerare il plotone di veicoli come infinito e risolvere un problema di ottimizzazione multi-parametrico in cui la strategia di coordinamento è una funzione esplicita della posizione relativa e della velocità iniziali del veicolo che si deve immettere. Le simulazioni numeriche evidenziano che la soluzione sub-ottima proposta determina un degrado limitato delle prestazioni dovuto a effetti al contorno, sostanzialmente quando il veicolo si immette all'inizio o alla fine del plotone.