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Software architecture for self-driving navigation

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Publication date
2018-07
Defense date
2018-11-30
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This dissertation is based on the development of the navigation software architecture for self-driving vehicles. The goal is very wide in terms of multidisciplinary fields over the different solutions provided, however, functional solutions for the implementation according to the software architecture has been proved and tested in the real research platform iCab (Intelligent Campus Automobile). The problems that the autonomous vehicles have to face are based accordingly as the three questions of navigation that each vehicle has to ask: Where am I, where should I go, and how can I go there. These questions are followed by the corresponding modules to solve that are divided into localization, planning, mapping, perception and control in addition to multitasking allocation, communication and Human-Machine Interaction. One more module is the self-awareness which is an optimal solution for detecting problems in the earliest stage. Throughout this document, the solution provided in form of a complete architecture for navigation describes the modules involved and the importance of software connections between them, generation of trajectories, mapping, localization and low level control. Finally, the results section describes scenarios and vehicle/software performance in terms of CPU for each module involved and the generation of trajectories, maps and control commands needed to move the vehicle from one point to another.
Este documento es el resultado de cinco años de trabajo en el campo de los vehículos sin conductor donde, en el, se recoge el desarrollo de una arquitectura software de control para la navegación de este tipo de vehículos. El objetivo es muy ambicioso ya que para su desarrollo ha sido necesario el conocimiento de múltiples disciplinas como ingeniería electrónica, ingeniería informática, ingeniería de control, procesamiento de señales, mecánica y visión por computador. A pesar del vasto conocimiento necesario para lograr un vehículo funcional, se han alcanzado soluciones para cada uno de los problemas en que consiste la navegación autónoma, generando un vehículo autogobernado que toma decisiones por si mismo para evitar obstáculos y alcanzar los puntos de destino deseados. Los problemas principales que los vehículos autónomos tienen que hacer frente, están basados en tres preguntas principales: donde estoy, donde tengo que ir y como voy. Para responder a estas tres preguntas se ha dividido la arquitectura en los módulos siguientes: localización, planificación, mapeado del entorno y control junto con módulos extra para dotar al sistema de mas aptitudes y mejor funcionamiento como por ejemplo la comunicación entre vehículos, peatones e infraestructuras, la interacción humano máquina, la gestión de tareas con múltiples vehículos o la propia consciencia del vehículo en cuanto a su estado de baterías, mantenimiento, sensores conectados o desconectados, etc. A través de este documento, la solución proporcionada a cada uno de los módulos involucrados refleja la importancia de las conexiones de software y la comunicación entre procesos dentro de la arquitectura ya sea para la generación de trayectorias, la creación de los mapas a tiempo, la localización precisa en el entorno, o los comandos generados para gobernar el vehículo. Así mismo, en el apartado de resultados se pone de manifiesto la importancia de cumplir los plazos de compartición de mensajes y optimizar el sistema para no sobrecargar la CPU.
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Mención Internacional en el título de doctor
Keywords
Autonomous vehicles, Automated Vehicles, Automatic control, Communications Engineering, Self-driving navigation, Software Architecture
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