In this thesis, we consider the trajectory planning of an autonomous vehicle to cross an intersection within a given time interval. The vehicle communicates its sensordata to a central coordinator which then computes the trajectory for the given time horizon and sends it back to the vehicle. We consider a realistic scenario in which the communication links are unreliable, the evolution of the state has noise (e.g., due to the model simplification and environmental disturbances), and the observationis noisy (e.g., due to noisy sensing and/or delayed information). The intersection crossing is modeled as a chance constraint problem and the stochastic noise evolution is restricted by a terminal constraint. The communication impairments are modeled as packet drop probabilities and Kalman estimation techniques are used for predicting the states in the presence of state and observation noises. A robust sub-optimalsolution is obtained using convex optimization methods which ensures that the intersection is crossed by the vehicle in the given time interval with very low chance of failure.

La traversée d’intersection constitue une tâche typique dans laquelle plusieurs affordances coexistent, l’une traduisant les possibilités de franchir l’intersection, l’autre traduisant les possibilités d’immobiliser le véhicule afin d’éviter une collision. En nous inspirant des travaux de Gibson et Crooks (1938), nous avons formalisé les affordances Field of Safe Travel (FST) et Minimum Stopping Zone (MSZ) en termes de temps critique pour réussir le franchissement d’intersection et l’immobilisation du véhicule, respectivement. Grâce à un dispositif de réalité virtuelle et un simulateur de conduite, nous avons testé la prise en compte de ces affordances par un agent engagé dans la tâche de référence à travers trois expérimentations. Les résultats, appuyés par notre modèle de prise de décision, montrent que le conducteur intègre non seulement l’affordance FST, mais aussi l’affordance MSZ, dans sa décision de franchir l’intersection. De plus, l’utilisation conjointe de ces deux affordances rend compte des régulations de vitesses produites par un agent devant réaliser la tâche de franchissement en présence d’un véhicule préprogrammée ou soumis au contrôle d’un autre agent. Ces différents résultats montrent que les agents prennent en compte les différentes possibilités qui leur sont offertes (affordances FST et MSZ) pour faire un choix adapté et réguler leur vitesse. / Crossing an intersection is a typical task in which several affordances coexist, one offering the possibilities to safely cross the intersection (the main goal) and another offering the possibilities to stop the driving car to avoid a collision (the alternative goal). Based on Gibson and Crooks’ works (1938), we formalized the so-called Field of Safe Travel (FST) and Minimum Stopping Zone (MSZ) affordances in terms of critical time for safe crossing and for safe stopping, respectively. Using a virtual reality set-up with a driving simulator, three experiments have been designed to test the role of these two affordances on the decision-making and the regulation of action process. Our results, supported by a model of decision-making, reveal that drivers rely not only on the FST affordance, but also on the MSZ affordance, to choose to cross-or-not the intersection. Moreover, the joint use of these affordances is still observed when drivers have to control their velocity to perform the task when either a vehicle with a computed kinematic or a car driven by another agent is approaching. Put together, these results show that drivers take into account several possibilities for action offered by the environment (FST and MSZ affordances) to make a suitable choice and to control their speed when approaching an intersection.

L’objectif principal de ce travail de thèse était d’étudier les mécanismes perceptivomoteurs qui sous-tendent la réalisation d’une tâche d’approche et de traversée d’intersection en conduite automobile. Dans la première partie de ce manuscrit les enjeux humains, économiques et sociétaux liés à la réussite d’une telle tâche sont évoqués. Les principaux résultats obtenus dans les études ayant porté sur l’identification des risques associés à la réalisation de ce type de manœuvre sont présentés. La plupart des travaux réalisés s’étant focalisés sur les processus de haut niveau (e.g., jugement d’un temps d’arrivée), nous avons souhaité durant cette thèse centrer notre attention sur les processus de bas-niveau mis en œuvre. Ce travail de thèse est adossé à l’approche Ecologique de la Perception et de l’Action qui nous a semblé proposer un cadre théorique pertinent pour étudier cette tâche complexe. La deuxième partie est consacrée aux expériences réalisées au cours de ce travail de thèse. Pour réaliser nos trois expériences, un simulateur de conduite à base fixe a été utilisé. Ce travail a permis (i) d’acquérir une meilleure compréhension du support perceptif impliqué dans la réalisation d’une tâche de traversée d’intersection et (ii) d’identifier différents marqueurs du couplage information-mouvement. Les résultats ont révélé que le support perceptif utilisé pour réaliser une tâche perceptive n’était pas le même que celui utilisé pour réaliser une tâche perceptivo-motrice. Les résultats ont également permis d’étayer la thèse selon laquelle le contrôle de la tâche d’approche et de traversée d’intersection reposerait sur un couplage information-mouvement. / This Ph.D. project aims at studying the perceptual-motor mechanisms implicated in intersection crossing task. The first part of this manuscript explains the human, economic and societal challenges associated with the successfully complete the intersection crossing task. The main results of the former studies that have examined the identification of risks associated with this type of maneuver at an intersection are developed. These former studies mainly focused on high-level processes (e.g., discrete judgment or decision tasks), we have decided to focus our attention on low-level processes (e.g., visual guidance) during this Ph.D. project. For this to happen, the Ecological Approach to Perception and Action seems to be a relevant theoretical framework for studying this complex task. Indeed, it preserves the natural link between information and movement. The second part of this manuscript is devoted to the experiments completed during this research. In order to carry out our three experiments, virtual reality fixed-base driving simulator was used. This work contributes to better understand the perceptual substrate involved in intersection crossing task. Also, this work identifies different markers of control based on information-movement coupling. Firstly, our results revealed that the perceptual substrate underlying judgments of arrival time of a vehicle moving towards an intersection is distinct from the perceptual substrate underlying the active control of one’s own approach to the same intersection. Secondly, the results have also strengthened the assumption that the control of approach and intersection crossing task is based on information-movement coupling.