Navigation autonome en milieu urbain en présence d’obstacles mobiles : une approche géométrique

The objective of this thesis is to plan the motion of an autonomous vehicle so that it can navigate and interact with other moving obstacles without collision in an urban environment. This involves taking into account constraints that may be specific to the vehicle (dynamic, energetic, linked to perception or forecasting systems), relating to the safety and comfort of users or to the environment close to the vehicle. These last depend on the topology of the road, driving rules and other moving actors in the neigborhood of the ego-vehicle. In the context of this thesis, we focused on: (i) the limited or partial perception of the environment close to the vehicle and in particular the presence of static or mobile obstacles hiding part of its neighborhood ; (ii) uncertainty about the prediction of the motion of other agents; (iii) maneuvers to be carried out in urban scenarios where the lanes can be congested with plenty of other static or moving obstacles; (iv) and the respect of the road signs. All these issues have been addressed through geometric approaches by adapting in different ways the principle of path-velocity decomposition introduced by Kant and Zucker (1986). The CARLA simulator has been adapted to validate the proposed approaches on different scenarios reproducing typical situations of interaction with other vehicles in an urban environment, such as, for example, crossing a crossroads with reduced visibility, overtaking a slow or stopped vehicle in its lane, driving in a section of road regulated by traffic lights, etc.L’objectif de cette thèse est de planifier le mouvement d’un véhicule autonome pour qu’il puisse circuler sans collision dans un environnement urbain en présence d’autres obstacles mobiles. Ceci implique la prise en compte de contraintes propres au véhicule (dynamiques, énergétiques, liées aux systèmes de perception ou de prévision), relatives à la sécurité, au confort des usagers et à l’environnement proche du véhicule. Celles-ci dépendent de la topologie de la route, des règles de conduite et des autres acteurs en mouvement dans le voisinage de l’ego véhicule. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés plus particulièrement : (i) à la perception limitée ou partielle de l’environnement proche du véhicule et en particulier à la présence d’obstacles fixes ou mobiles occultant une partie de son voisinage proche ; (ii) à l’incertitude sur la prédiction du mouvement des autres agents ; (iii) aux manœuvres à effectuer dans des scénarios urbains où les voies peuvent être encombrées par de nombreux véhicules arrêtés ou en mouvement ; (iv) et au respect de la signalisation. Toutes ces problématiques ont été traitées par des approches géométriques en adaptant de différentes manières le principe de décomposition chemin-vitesse introduit par Kant et Zucker (1986). Le simulateur CARLA a été adapté pour valider les approches proposées sur différents scénarios reproduisant des situations typiques d’interaction avec d’autres véhicules en milieu urbain, comme, par exemple, le franchissement d’un carrefour avec une visibilité réduite, le dépassement d’un véhicule lent ou arrêté sur sa voie, la conduite sur une portion de route réglementée par des feux de circulation, etc