Cette thèse est consacrée à étudier les applications potentielles de véhicules autonomes et communications V2X pour construire les systèmes de transport intelligents. Premièrement, le comportement de caravane dans un environnement de véhicule connecté est étudié. Un algorithme de commande de caravane est conçu pour obtenir l'espacement sécuritaire ainsi que la conformité de la vitesse et de l'accélération. Deuxièmement, à plus grande échelle, les caravanes autour d'une intersection sont considérées. Le débit pendant une période de signal de trafic peut être amélioré en tirant profit de la capacité redondante de la route. Dans diverses contraintes, les véhicules peuvent choisir d'accélérer et rejoindre la caravane précédente ou à décélérer de déroger à l'actuel. Troisièmement, une intersection sans signalisation en VANET est considérée. Dans des conditions de faible trafic, les véhicules peuvent réguler leur vitesse avant d'arriver à l'intersection en fonction du temps d'occupation de la zone de conflit (TOZC) stocké au niveau du gestionnaire, afin qu'ils puissent traverser l'intersection sans collision ni arrêt. Le délai peut être réduit en conséquence. Enfin, un algorithme de gestion d'intersection autonome universelle, qui peut fonctionner même avec le trafic lourd, est développé. Le véhicule cherche à sécuriser les fenêtres entrant dans le TOZC. Ensuite, sur la base des fenêtres trouvées et le mouvement du véhicule qui précède, les trajectoires des véhicules peuvent être planifiées en utilisant une méthode de programmation dynamique segmentée. Tous les algorithmes conçus sont testés et vérifiés avec succès par des simulations dans scénarios différents / This thesis is devoted to study the potential applications of autonomous vehicles and V2X communications to construct the intelligent transportation systems. Firstly, the behavior of platoon in connected vehicle environment is studied. A platoon control algorithm is designed to obtain safe spacing as well as accordance of velocity and acceleration for vehicles in the same lane. Secondly, in larger scale, the platoons around an intersection are considered. The throughput in a traffic signal period can be improved by taking advantage of the redundant road capacity. Within diverse constraints, vehicles can choose to accelerate to join in the preceding platoon or to decelerate to depart from the current one. Thirdly, an unsignalized intersection in VANET is considered. In light traffic conditions, vehicles can regulate their velocities before arriving at the intersection according to the conflict zone occupancy time (CZOT) stored at the manager, so that they could get through the intersection without collision or stop. The delay can be reduced accordingly. Finally, an universal autonomous intersection management algorithm, which can work even with heavy traffic, is developed. The vehicle searches for safe entering windows in the CZOT. Then based on the found windows and the motion of preceding vehicle, the trajectories of vehicles can be planned using a segmented dynamic programming method. All the designed algorithms are successfully tested and verified by simulations in various scenarios

Je présente dans ce document mes résultats de recherche sur la conception sûre de systèmes embarqués sûrs. La première partie concerne la répartition automatique de programmes synchrones. Le caractère automatique de la répartition apporte un réel degré de sûreté dans la conception de systèmes répartis car c'est la partie la plus délicate de la spécification qui est automatisée. Grâce à cela, l'absence d'inter-blocage et l'équivalence fonctionnelle entre le programme source centralisé et le programme final réparti peuvent être formellement démontrées. La deuxième partie traite le sujet de l'ordonnancement et de la répartition de graphes de tâches flots-de-données sur des architectures à mémoire répartie, avec contraintes de tolérance aux fautes et de fiabilité. Je présente principalement des heuristiques d'ordonnancement statique multiprocesseur avec pour but la tolérance aux fautes et la fiabilité des systèmes, mais également l'utilisation de méthodes formelles telles que la synthèse de contrôleurs discrets ou les transformations automatiques de programmes. Enfin, la troisième partie concerne les autoroutes automatisées, avec deux volets : la commande longitudinale de véhicules autonomes et les stratégies d'insertion dans les autoroutes automatisées.

La plupart des logiciels contrôlant les véhicules intelligents traite de la compréhension de la scène. De nombreuses méthodes existent actuellement pour percevoir les obstacles de façon automatique. La majorité d’entre elles emploie ainsi les capteurs extéroceptifs comme des caméras ou des lidars. Cette thèse porte sur les domaines de la robotique et de la fusion d’information et s’intéresse aux systèmes d’information géographique. Nous étudions ainsi l’utilité d’ajouter des cartes numériques, qui cartographient le milieu urbain dans lequel évolue le véhicule, en tant que capteur virtuel améliorant les résultats de perception. Les cartes contiennent en effet une quantité phénoménale d’information sur l’environnement : sa géométrie, sa topologie ainsi que d’autres informations contextuelles. Dans nos travaux, nous avons extrait la géométrie des routes et des modèles de bâtiments afin de déduire le contexte et les caractéristiques de chaque objet détecté. Notre méthode se base sur une extension de grilles d’occupations : les grilles de perception crédibilistes. Elle permet de modéliser explicitement les incertitudes liées aux données de cartes et de capteurs. Elle présente également l’avantage de représenter de façon uniforme les données provenant de différentes sources : lidar, caméra ou cartes. Les cartes sont traitées de la même façon que les capteurs physiques. Cette démarche permet d’ajouter les informations géographiques sans pour autant leur donner trop d’importance, ce qui est essentiel en présence d’erreurs. Dans notre approche, le résultat de la fusion d’information contenu dans une grille de perception est utilisé pour prédire l’état de l’environnement à l’instant suivant. Le fait d’estimer les caractéristiques des éléments dynamiques ne satisfait donc plus l’hypothèse du monde statique. Par conséquent, il est nécessaire d’ajuster le niveau de certitude attribué à ces informations. Nous y parvenons en appliquant l’affaiblissement temporel. Étant donné que les méthodes existantes n’étaient pas adaptées à cette application, nous proposons une famille d’opérateurs d’affaiblissement prenant en compte le type d’information traitée. Les algorithmes étudiés ont été validés par des tests sur des données réelles. Nous avons donc développé des prototypes en Matlab et des logiciels en C++ basés sur la plate-forme Pacpus. Grâce à eux nous présentons les résultats des expériences effectués en conditions réelles. / This thesis is situated in the domains of robotics and data fusion, and concerns geographic information systems. We study the utility of adding digital maps, which model the urban environment in which the vehicle evolves, as a virtual sensor improving the perception results. Indeed, the maps contain a phenomenal quantity of information about the environment : its geometry, topology and additional contextual information. In this work, we extract road surface geometry and building models in order to deduce the context and the characteristics of each detected object. Our method is based on an extension of occupancy grids : the evidential perception grids. It permits to model explicitly the uncertainty related to the map and sensor data. By this means, the approach presents also the advantage of representing homogeneously the data originating from various sources : lidar, camera or maps. The maps are handled on equal terms with the physical sensors. This approach allows us to add geographic information without imputing unduly importance to it, which is essential in presence of errors. In our approach, the information fusion result, stored in a perception grid, is used to predict the stateof environment on the next instant. The fact of estimating the characteristics of dynamic elements does not satisfy the hypothesis of static world. Therefore, it is necessary to adjust the level of certainty attributed to these pieces of information. We do so by applying the temporal discounting. Due to the fact that existing methods are not well suited for this application, we propose a family of discoun toperators that take into account the type of handled information. The studied algorithms have been validated through tests on real data. We have thus developed the prototypes in Matlab and the C++ software based on Pacpus framework. Thanks to them, we present the results of experiments performed in real conditions.