Desarrollo de la capa Cooperative Awareness (CAM) para los vehículos autónomos y conectados

Abstract

En el desarrollo socioeconómico de la Unión Europea se contemplan los sistemas inteligentes de transporte cooperativos (C-ITS) como un medio para reducir la siniestralidad, mejorar la calidad medioambiental (ahorro de energía y reducción de la contaminación), aumento de la eficiencia del transporte, capacidad de la infraestructura existente y productividad de las empresas, especialmente las de transporte. Estos C-ITS están englobados en el plan 2020 de la Unión Europea sobre Smart Cities. Un paso previo a conseguir las aplicaciones cooperativas es la puesta en servicio de las redes ad-hoc vehiculares (VANETs) y para ello son necesarias las comunicaciones entre vehículos (V2V) y entre vehículos e infraestructuras (V2I, I2V), denominadas genéricamente como comunicaciones de vehículos con todo (V2X). Sin embargo, en la actualidad no existen disponibles comercialmente ningún tipo de tecnología, ni hardware ni software, para dar soporte a estas comunicaciones en el entorno vehicular, quedando los equipos disponibles al uso restringido de los fabricantes de automóviles o empresas de electrónica. Por lo que la implantación de estas tecnologías queda muy lejos de un uso masivo, orientándose sobre todo hacia el ámbito de la investigación en proyectos de desarrollo de sistemas cooperativos, e incluso, de vehículos autónomos. Por tanto, este trabajo de fin de grado se ha planteado en el desarrollo de una de las capas del software necesario. Este debe ser capaz de dar servicios a comunicaciones V2X, siguiendo las normas europeas e internacionales en su ámbito y teniendo en cuenta las características de los elementos de esta tecnología. Asimismo, el correcto funcionamiento de esta tecnología de comunicaciones ha sido validado mediante la implementación y puesta en servicio de un servicio cooperativo que involucra el elemento fundamental de la carretera, el vehículo. Durante el desarrollo de este trabajo de fin de grado se ha utilizado la tecnología disponible más puntera en ese momento, gracias a la liberación de la normativa europea de comunicaciones intervehiculares, y a través del Instituto Europeo de Estandarización de las Telecomunicaciones (ETSI), se pudo avanzar hacia la tecnología de comunicaciones dedicadas al corto alcance (DSRC). Para ello se basó en el ya desarrollado módulo de comunicaciones ITS, DSRC-UPM-INSIA. Los estándares de comunicación intervehicular han sido analizados y se ha desarrollado un software que cumple las especificaciones para poder realizar la comunicación. Durante la implementación de éstas se detectaron diferente problemas y errores, los cuales se fueron solucionados. Finalmente, gracias a los módulos de comunicación junto al objeto de este trabajo se han desarrollado sistemas de asistencia avanzada al conductor (ADAS). Para demostrar las funcionalidades y capacidades, se muestra uno de los sistemas cooperativos que se ha desarrollado con esta tecnología que abordan diferentes problemáticas, como puede ser el sistema de recomendación sobre la velocidad óptima en inserciones a vías principales, usando las comunicaciones V2V. El sistema cooperativo basado en ITS expuesto en el presente trabajo ha sido probado en condiciones controladas y de tráfico real obteniéndose unos resultados óptimos. Abstract: The socio-economic development of the European Union envisages cooperative Intelligent Transport Systems (C-ITS) as a means to reduce accidents, improve environmental quality (energy saving and pollution reduction), increase transport efficiency, capacity of existing infrastructure and productivity of enterprises, especially transport enterprises. These C-ITS are included in the European Union's 2020 plan on Smart Cities. A preliminary step towards achieving cooperative applications is the putting into service of ad-hoc vehicle networks (VANETs) and for this purpose communications between vehicles (V2V) and between vehicles and infrastructures (V2I, I2V) are necessary, generically known as vehicle communications with everything (V2X). However, there are currently no commercially available technology, hardware or software to support these communications in the vehicle environment, leaving the equipment available to the restricted use of car manufacturers or electronics companies. Therefore, the implementation of these technologies is very far from a massive use, focusing mainly on the field of research in cooperative systems development projects, and even autonomous vehicles. Therefore, this work of end of degree has been raised in the development of one of the layers of the necessary software. This must be able to provide services to V2X communications, following European and international standards in its field and taking into account the characteristics of the elements of this technology. Likewise, the correct functioning of this communications technology has been validated through the implementation and commissioning of a cooperative service that involves the fundamental element of the road, the vehicle. During the development of this end-of-degree work, the most cutting-edge technology available at the time has been used, thanks to the release of European regulations on intervehicular communications, and through the European Telecommunications Standardisation Institute (ETSI), progress has been made towards short-range communications technology (DSRC). This was based on the already developed ITS communications module, DSRC-UPM-INSIA. The standards of intervehicular communication have been analyzed and a software has been developed that meets the specifications to be able to carry out the communication. During their implementation, different problems and errors were detected and solved. Finally, thanks to the communication modules together with the object of this work, advanced driver assistance systems (ADAS) have been developed. In order to demonstrate the functionalities and capabilities, one of the cooperative systems that has been developed with this technology that address different problems is shown, such as the recommendation system on the optimal speed in insertions to main roads, using V2V communications. The cooperative system based on ITS exposed in the present work has been tested in controlled and real traffic conditions obtaining optimum results.