Universidad de granada



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industrial, controlando su velocidad en un rango apropiado para
una conducci´
on en zonas urbanas. Este problema ha sido levemente
tratado tanto desde el punto de vista acad´
emico como industrial,
dadas las fuertes no linealidades que presenta un veh´ıculo a tales
velocidades, pero supone un gran avance en lo que a se refiere a
seguridad, comodidad y confort en la conducci´
on en cascos urbanos.
2. El ajuste mediante algoritmos gen´
eticos iterativos de la base de
reglas y conjunto de etiquetas que definen un controlador difuso
capaz de controlar el volante de un veh´ıculo industrial. El ajuste
se basar´
a, no s´
olo en una buena imitaci´
on del comportamiento
humano al volante del veh´ıculo y un buen seguimiento de la ruta
deseada, sino tambi´
en buscar´
a el confort de sus posibles ocupantes
mediante la suavidad en las acciones llevadas a cabo.
3. El dise˜
no e implementaci´
on de una arquitectura de control com-
pleta capaz de manejar un veh´ıculo simulado en situaciones com-
petitivas, que requieren contemplar comportamientos tales como
circular a la mayor velocidad posible o adelantar a oponentes de
manera arriesgada en situaciones peligrosas. Vistos los buenos re-
sultados se decidi´
o participar con la propuesta en el 2009 Simu-
lated Car Racing Championship, que englob´
o tres competiciones
de coches simulados en tres congresos internacionales del m´
as alto
nivel donde cosech´
o excelentes resultados en la pr´
actica de la con-
ducci´
on competitiva.
1.2
Difusi´
on de Resultados
La participaci´
on del doctorando en diferentes proyectos, tanto nacionales
como internacionales, as´ı como la realizaci´
on de estancias internacionales,
ha permitido colaborar con grupos de centros internacionales como TNO
8

1.2 Difusi´
on de Resultados
en Holanda, INRIA en Francia, SRI International, en Estados Unidos,
Politecnico di Milano en Italia, al igual que con diferentes centros
y universidades nacionales, permitiendo as´ı el intercambio de ideas y
opiniones con diferentes investigadores.
Fruto de la realizaci´
on de la tesis aqu´ı presentada, as´ı como de los
proyectos, estancias y colaboraciones realizadas, han surgido diferentes
publicaciones en revistas de diversos campos como la mec´
anica, el control,
la inteligencia artificial, la rob´
otica o el transporte.
Directamente relacionadas con la presente tesis, se han derivado di-
ferentes publicaciones, que pasamos a citar a continuaci´
on.
Publicaciones en Revistas
————————————————————————————————
T´ıtulo Throttle and Brake Pedals Automation for Populated Areas
Autores E. Onieva, V. Milan´
es, C. Gonz´
alez, T. de Pedro, J. Perez, J. Alonso
Publicaci´
on ROBOTICA
Estado Publicado. Vol. 28, pp. 509-516, 2010
————————————————————————————————
T´ıtulo Soft Computing Techniques for Autonomous Driving
Autores E. Onieva, V. Milan´
es, J. Perez, J. Alonso, T. de Pedro
Publicaci´
on Mathware and Soft Computing
Estado Publicado. Vol. 16, pp. 45-58, 2009
————————————————————————————————
T´ıtulo Estimaci´
on de un Control Lateral Difuso de Veh´ıculos
Autores E. Onieva, V. Milan´
es, J. Perez, T. de Pedro
Publicaci´
on Revista Iberoamericana de Autom´
atica e Inform´
atica Industrial
Estado Publicado. Vol. 7, No. 2, pp. 91-98, 2010
————————————————————————————————
T´ıtulo Automatic lateral control for unmanned vehicles via genetic algorithms
Autores E. Onieva, J.E. Naranjo, V. Milan´
es, J. Alonso, R. Garc´ıa, J. P´
erez
Publicaci´
on Applied Soft Computing
Estado Publicado. Vol. 11, pp. 1303-1311, 2011
————————————————————————————————
T´ıtulo The 2009 Simulated Car Racing Championship
Autores D. Loiacono, P.L. Lanzi, J. Togelius, E. Onieva, D.A. Pelta, M.V. Butz,
T.D. L¨
onneker, L. Cardamone, D. Perez, Y. S´
aez, M. Preuss, J. Quadflieg
Publicaci´
on IEEE Transactions on Computational Intelligence and AI in Games
Estado Publicado. Vol. 2, No. 2, pp. 131-147, 2010
————————————————————————————————
T´ıtulo Electro-Hydraulic Braking System for Autonomous Vehicles
Autores V. Milanes, C. Gonzalez, J. Naranjo, E. Onieva, T. de Pedro
Publicaci´
on International Journal of Automotive Technology
Estado Publicado. Vol. 11, pp. 89-95, 2010
9

1. INTRODUCCI ´
ON
————————————————————————————————
T´ıtulo Control de Velocidad Adaptativo para Entornos Urbanos Congestionados
Autores V. Milanes, E. Onieva, J. P´
erez, T. de Pedro, C. Gonzalez
Publicaci´
on Revista Iberoamericana de Autom´
atica e Inform´
atica Industrial
Estado Publicado. Vol. 6, pp. 66-73, 2009
————————————————————————————————
T´ıtulo Sistema de ayuda a la conducci´
on en curvas para veh´ıculos reales
Autores J. P´
erez, V. Milan´
es, J. Villagr´
a, E. Onieva, C. Gonz´
alez
Publicaci´
on DYNA
Estado Aceptado y Pendiente de Publicaci´
on
————————————————————————————————
T´ıtulo A fuzzy-rule-based driving architecture for non-player characters in a car rac-
ing game
Autores E. Onieva, D. A. Pelta, V. Milan´
es, J. P´
erez
Publicaci´
on Soft Computing
Estado Aceptado y Pendiente de Publicaci´
on
————————————————————————————————
Publicaciones en Congresos
————————————————————————————————
T´ıtulo A modular parametric architecture for the TORCS racing engine
Autores E. Onieva, D. Pelta, J. Alonso, V. Milan´
es, J. P´
erez
Congreso IEEE Symposium on Computational Intelligence and Games, 2009
————————————————————————————————
T´ıtulo Ajuste Gen´
etico de Controladores Difusos para Conducci´
on Aut´
onoma
Autores E. Onieva, V. Milan´
es, J. Alonso, J. P´
erez, T. de Pedro
Congreso XIV Congreso Espa˜
nol sobre Tecnolog´ıas y L´
ogica Fuzzy, 2008
1
————————————————————————————————
T´ıtulo Reglas Difusas para el Control de un Veh´ıculo en la 2009 Simulated Car Racing
Competition: un Enfoque Ganador
Autores E. Onieva, D. Pelta, J. P´
erez, J. Alonso, V. Milan´
es
Congreso XV Congreso Espa˜
nol sobre Tecnolog´ıas y L´
ogica Fuzzy, 2010
2
————————————————————————————————
T´ıtulo Autonomous car fuzzy control modeled by iterative genetic algorithms
Autores E. Onieva, J. Alonso, J. P´
erez, V. Milan´
es, T. de Pedro
Congreso IEEE International Conference on Fuzzy Systems, 2009
————————————————————————————————
T´ıtulo Conducci´
on Aut´
onoma en Circuito de Dif´ıcil Maniobrabilidad
Autores V. Milan´
es, E. Onieva, T. de Pedro, R. Garc´ıa, J. Alonso, J. P´
erez, C.
Gonz´
alez
Congreso XXIX Jornadas de Autom´
atica, 2008
————————————————————————————————
T´ıtulo Electric power controller for steering wheel management in electric cars
Autores V. Milan´
es, J. P´
erez, E. Onieva, C. Gonz´
alez, T. de Pedro
Congreso Compatability and Power Electronics, 2009
1
Menci´
on de Honor al Mejor Art´ıculo Escrito por un Estudiante.
2
Premio al Mejor Art´ıculo Escrito por un Estudiante.
10

1.2 Difusi´
on de Resultados
————————————————————————————————
T´ıtulo Design and Implementation of a Neuro-Fuzzy System for Longitudinal Control
of Autonomous Vehicles
Autores J. P´
erez, A. and Gajate, V. Milan´
es, E. Onieva, M. Santos
Congreso IEEE World Congress on Computational Intelligence, 2010
————————————————————————————————
Publicaciones relacionadas en menor medida con el trabajo aqu´ı
presentado se pasan a citar a continuaci´
on.
Publicaciones en Revistas
————————————————————————————————
T´ıtulo Comunicaciones Inal´
ambricas en Sistemas Inteligentes de Transporte
Autores V. Milanes, J. Alonso, E. Onieva, J. P´
erez, C. Gonzalez, T. de Pedro, R.
Garc´ıa
Publicaci´
on Autom´
atica e Instrumentaci´
on
Estado Publicado. Vol. 411, pp. 76-80, 2009
————————————————————————————————
T´ıtulo Sistema de Asistencia a la conducci´
on basado en una red de comunicaciones
de bajo coste
Autores V. Milanes, E. Onieva, B. Vinagre, C. Gonzalez, J. P´
erez, J. Alonso
Publicaci´
on DYNA
Estado Publicado. Vol. 85, pp. 245-254, 2010
————————————————————————————————
T´ıtulo Controller for Urban Intersections Based on Wireless Communications and
Fuzzy Logic
Autores V. Milanes, J. P´
erez, E. Onieva, C. Gonzalez
Publicaci´
on IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems
Estado Publicado. Vol. 11, No. 1, pp. 243-248, 2010
————————————————————————————————
T´ıtulo Lateral Power Controller for Unmanned Vehicles
Autores V. Milanes, J. P´
erez, E. Onieva, C. Gonzalez, T. de Pedro
Publicaci´
on Electrical Review
Estado Publicado. Vol. 86, pp. 207-211, 2010
————————————————————————————————
T´ıtulo Adelantamiento con vehiculos aut´
onomos en carreteras de doble sentido
Autores J. P´
erez, V. Milan´
es, J. Alonso, E. Onieva, T. de Pedro
Publicaci´
on Revista Iberoamericana de Autom´
atica e Inform´
atica Industrial
Estado Publicado. Vol. 7, No. 3, pp. 25-33, 2010
————————————————————————————————
T´ıtulo Cascade Architecture for Lateral Control in Autonomous Vehicles
Autores J. P´
erez, V. Milan´
es, E. Onieva, C. Gonz´
alez
Publicaci´
on IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems
Estado Aceptado y Pendiente de Publicaci´
on
————————————————————————————————
T´ıtulo Cartography For Cooperative Manoeuvres, Autopia’s new Cartography Sys-
tem for Cooperative Manoeuvres among Autonomous Vehicles
Autores J. Alonso, V. Milan´
es, E. Onieva, J. P´
erez, C. Gonz´
alez, T. de Pedro
11

1. INTRODUCCI ´
ON
Publicaci´
on Journal of Navigation
Estado Aceptado y Pendiente de Publicaci´
on
————————————————————————————————
Publicaciones en Congresos
————————————————————————————————
T´ıtulo A Frame for an Urban Traffic Control Architecture
Autores T. de Pedro, R. Garc´ıa, C. Gonz´
alez, J. Alonso, E. Onieva, V. Milan´
es, J.

erez
Congreso Bioinspired Applications in Artificial and Natural Computation, 2009
————————————————————————————————
T´ıtulo Overtaking opponents with blocking strategies using fuzzy logic
Autores E. Onieva, L. Cardamone, D. Loiacono, P.L. Lanzi
Congreso IEEE Symposium on Computational Intelligence and Games, 2010
1
————————————————————————————————
T´ıtulo Aplicaci´
on de las tecnologias de las comunicaciones a veh´ıculos aut´
onomos
Autores V. Milan´
es, J. Alonso, E. Onieva, J. P´
erez, C. Gonz´
alez, T. de Pedro, R.
Garc´ıa
Congreso V Simposio de Control Inteligente, 2009
————————————————————————————————
T´ıtulo An experiment to improve the safety and the flow of traffic in a cross-roads
by V2V communications
Autores J. Alonso, E. Onieva, R. Garc´ıa, T. de Pedro
Congreso Computer Aided Systems Theory EUROCAST 2009
————————————————————————————————
T´ıtulo V2I-Based Architecture for Information Exchange among Vehicles
Autores V. Milan´
es, J. Godoy, J. P´
erez, B. Vinagre, C. Gonz´
alez, E. Onieva, J.
Alonso
Congreso 7th Symposium on Intelligent Autonomous Vehicles, 2010
————————————————————————————————
T´ıtulo Modularity, adaptability and evolution in the AUTOPIA architecture for con-
trol of autonomous vehicles
Autores J. P´
erez, A. and Gajate, V. Milan´
es, E. Onieva, M. Santos
Congreso IEEE International Conference on Mechatronics, 2009
————————————————————————————————
T´ıtulo Comunicaci´
on entre Veh´ıculos Aut´
onomos en Tiempo Real, para Maniobras
de Alto Riesgo
Autores J. P´
erez, E. Onieva, T. de Pedro, R. Garc´ıa, J. Alonso, V. Milan´
es, C.
Gonz´
alez
Congreso XXIX Jornadas de Autom´
atica, 2008
————————————————————————————————
1
Seleccionado para la sesi´
on Best Papers dentro del congreso.
12

1.3 Estructura del Trabajo
1.3
Estructura del Trabajo
La memoria aqu´ı presentada sigue la siguiente estructura:
En el Cap´
ıtulo 2 se presenta el estado actual de las t´
ecnicas y
tecnolog´ıas en lo que se refiere a los Sistemas de Transporte Inteligente,
tanto desde el punto de vista comercial como en el sector de la
investigaci´
on.
Se har´
a hincapi´
e tanto en los grupos y proyectos de
investigaci´
on m´
as relevantes del ´
area a nivel mundial como en la visi´
on
de dichos sistemas por los fabricantes de autom´
oviles m´
as importantes.
Finalmente, se presentar´
a el grupo AUTOPIA, dentro del cual se
desarrolla el trabajo presentado.
En el Cap´
ıtulo 3 se presenta el dise˜
no, implementaci´
on y prueba
de un doble controlador difuso capaz de actuar cooperativamente sobre
los pedales de acelerador y freno de un veh´ıculo industrial con el
fin de mantener una velocidad prefijada.
Se prueba la aptitud del
controlador para situaciones de control a bajas velocidades, situaciones
no contempladas por los actuales sistemas de control de velocidad
instalados en algunos veh´ıculos, haci´
endolo as´ı pr´
actico para entornos
urbanos. Por otra parte se mide el grado de bondad frente a un conductor
humano, cuando ´
este realiza la misma tarea.
En el Cap´
ıtulo 4 se implementa un doble algoritmo gen´
etico iterativo
capaz de inferir controladores difusos capaces de controlar el volante
de un veh´ıculo. Los controladores deben de imitar el comportamiento
humano al volante, as´ı como proporcionar una conducci´
on confortable
para los posibles ocupantes del veh´ıculo, por medio de la garant´ıa del
mantenimiento de acciones de control suaves.
En el Cap´
ıtulo 5 se presenta una arquitectura completa de control
de veh´ıculos. Su dise˜
no modular permite la modificaci´
on o adici´
on de

odulos o comportamientos.
La arquitectura se orienta a entornos
competitivos simulados, por lo que contempla situaciones de circulaci´
on
a altas velocidades o adelantamientos poco rigurosos.
La propuesta
es presentada a un campeonato a nivel mundial donde compite con
propuestas de todo el mundo, con excelentes resultados.
El Cap´
ıtulo 6 concluye el trabajo presentado y comenta las reflexio-
13

1. INTRODUCCI ´
ON
nes extra´ıdas a lo largo de todo el trabajo, as´ı como se detallan futuras
l´ıneas de investigaci´
on.
Finalmente se recoge la Bibliograf´
ıa necesaria para alcanzar los
conocimientos sobre los temas aqu´ı tratados que ha utilizado el doc-
torando y que han sido referenciados a lo largo de la presente tesis.
14

Cap´ıtulo 2
Estado del Arte
E
n este cap´ıtulo se presenta una revisi´
on del estado del arte en lo
referente a Sistemas de Transporte Inteligentes, as´ı como a Veh´ıculos
Inteligentes, rama en la que se centra la presente tesis.
En la secci´
on 2.1 se har´
a una presentaci´
on general de los sistemas
inteligentes de transporte, profundizando en el transporte por carretera
y, dentro de ´
este, en los veh´ıculos inteligentes. En la secci´
on 2.2 se har´
a
una revisi´
on y presentaci´
on de los grupos y organizaciones dedicadas a
la investigaci´
on del ´
area, presentando sus principales intereses. En la
secci´
on 2.3 se enumerar´
an y explicar´
an objetivos de los proyectos m´
as
relevantes dentro de este ´
ambito. En la secci´
on 2.4 se har´
a una revisi´
on
de c´
omo las principales marcas fabricantes de veh´ıculos incorporan
algunos de los sistemas inteligentes en sus productos. Finalmente, en
la secci´
on 2.5 se presenta el grupo AUTOPIA, marco de trabajo de la
presente tesis, donde se detallar´
an los veh´ıculos, la instrumentaci´
on, las
instalaciones y el motor de inferencia difuso utilizados para el desarrollo
del presente trabajo.
2.1
Los Sistemas Inteligentes de Transporte
Los Sistemas Inteligentes de transporte (ITS, Intelligent Transportation
Systems) son el enlace entre tecnolog´ıas de la informaci´
on y la comuni-
caci´
on con los veh´ıculos y redes que transportan personas o mercanc´ıas.
15

2. ESTADO DEL ARTE
Definiciones de este t´
ermino hechas por diferentes organismos e institu-
ciones de gran relevancia son:
Departamento de Transporte de EEUU:
Los ITS consisten en la aplicaci´
on de la tecnolog´ıa avanzada de
computaci´
on, electr´
onica y comunicaciones para incrementar la
seguridad y la eficiencia del transporte de superficie.
IEEE Intelligent Transportation Systems Council:
Los ITS son aquellos que emplean conceptos de tecnolog´ıa e ingenier´ıa
de sistemas para desarrollar y mejorar todo tipo de sistemas de
transporte.
Ministerio de Fomento Espa˜
nol:
Los ITS se pueden definir como un conjunto de aplicaciones avanzadas
dentro de la tecnolog´ıa inform´
atica, electr´
onica y de comunicaciones
que, desde un punto de vista social, econ´
omico y medioambiental, est´
an
destinadas a mejorar la movilidad, seguridad y productividad del
transporte, optimizando la utilizaci´
on de las infraestructuras existentes,
aumentando la eficiencia del consumo de energ´ıa y mejorando la
capacidad del sistema de transportes.
Las primeras aplicaciones de sistemas inteligentes aplicadas al trans-
porte se desarrollaron en los a˜
nos sesenta, principalmente para el trans-
porte a´
ereo. Desde entonces, la aplicaci´
on de las tecnolog´ıas asociadas a
los ITS se ha venido desarrollando con m´
as o menos intensidad para las
diferentes ´
areas o tipos de transporte:
1. Infraestructura y servicios comunes: el elemento principal de
este ´
area son los Sistemas Globales de Posicionamiento por Sat´
elite
o GNSS, los cuales proporcionan servicios de localizaci´
on a escala
global as´ı como todo un mundo de aplicaciones asociadas, desde
sistemas de control de flotas hasta la conducci´
on autom´
atica. Esta
tecnolog´ıa desarrollada con fines militares la dominan los Estados
16

2.1 Los Sistemas Inteligentes de Transporte
Unidos con el sistema GPS, y Rusia con el sistema GLONASS.
Adem´
as, la Uni´
on Europea ha presentado un programa aut´
onomo
de radio-navegaci´
on por sat´
elite denominado GALILEO
1
, se trata
de un sistema global de navegaci´
on por sat´
elite con el objeto
de evitar la dependencia de los sistemas GPS y GLONASS. Al
contrario de estos dos, ser´
a de uso civil. El sistema se espera poner
en marcha en 2014 despu´
es de sufrir una serie de reveses t´
ecnicos
y pol´ıticos para su puesta en marcha.
2. Sistemas de informaci´
on para el transporte: el desarrollo
de sistemas de informaci´
on que estudien la oferta y la demanda
en el ´
ambito del transporte es esencial para la planificaci´
on de
futuras pol´ıticas de transporte as´ı como para la especificaci´
on de los
futuros focos de inter´
es. En esta ´
area, se englobar´ıa la definici´
on de
arquitecturas, datos, estructuras de datos y modelos de aplicaci´
on
a la hora de dise˜
nar sistemas de informaci´
on globales en el ´
ambito
del trasporte. El desarrollo de las tecnolog´ıas de la informaci´
on
est´
a muy ´ıntimamente ligado al de los sistemas inteligentes de
transporte, como corrobora la propia definici´
on de ´
estos.
3. Transporte intermodal: por transporte intermodal entendemos
la combinaci´
on de diferentes medios de transporte a fin de lograr
que los desplazamientos de personas o mercanc´ıas alcancen su
destino. La finalidad principal de esta ´
area es la obtenci´
on de un
transporte sostenible mediante la coordinaci´
on exhaustiva de los
diferentes medios disponibles.
4. Trasporte por carretera: los accidentes de tr´
afico son en la
actualidad una de las principales causas de mortalidad en los pa´ıses
desarrollados. Es por ello que la principal finalidad de esta ´
area de
trabajo es el desarrollo de sistemas que aumenten la seguridad en
los veh´ıculos p´
ublicos y privados a fin de reducir el alto ´ındice de
siniestralidad actual. Como aspectos secundarios se pueden incluir,
entre otros, la mejora de las condiciones del tr´
afico o del impacto
medioambiental.
1
Agencia Espacial Europea http://www.esa.int/export/esaCP/Spain.html
17

2. ESTADO DEL ARTE
5. Transporte ferroviario: aplicaci´
on de sistemas de comunica-
ciones y gesti´
on de tr´
afico ferroviario a fin de mejorar su eficiencia
y seguridad.
6. Transporte a´
ereo: especificaci´
on y evaluaci´
on de sistemas de
control de tr´
afico a´
ereo, definiendo procesos de validaci´
on y
asistiendo al desarrollo de sistemas de guiado de superficie en
aeropuertos y sistemas de control.
7. Transporte mar´
ıtimo: sistemas de gesti´
on de tr´
afico mar´ıtimo
y sistemas de informaci´
on. El objetivo fundamental es el de la
interconexi´
on y coordinaci´
on de los diferentes sistemas de control
de tr´
afico mar´ıtimo a fin de proporcionar operaciones mar´ıtimas
eficientes y seguras.
En la siguiente secci´
on se detallar´
an los aspectos referentes al
transporte por carretera, ya que es el ´
area en la que se engloba el presente
trabajo dentro de los ITS.
2.1.1
El Transporte por Carretera
El transporte por carretera es, hoy en d´ıa, uno de los campos m´


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