Safe Intersection and Merging Coordination of Connected and Automated Vehicles

QC 20230425

Abstract

Det uppkopplade och automatiserade fordonet är en transformerande teknik som förväntas ge nya lösningar för transportsystemet. Genom att ta bort den mänskliga faktorn har utplaceringen av uppkopplade och automatiserade fordon potential att lösa trängselproblemen vid påfarter till motorvägar eller vägkorsningar. Genom att dela information mellan fordon och infrastruktur kan automatiserade fordon samarbeta och schemalägga övergångstider. Genom att undvika onödiga stopp kan väginfrastrukturen utnyttjas mer effektivt och samtidigt erbjuda ökad säkerhet för trafikdeltagarna.

I detta licentiatavhandlingsarbete studerar vi problemet med att formulera samordningsstrategier för automatiserade fordon för att effektivt korsa genom konfliktområden i trafiken samtidigt som säkerheten bibehålls för andra vägdeltagare, såsom andra automatiserade fordon, konvojkörning av automatiserade fordon eller mänskligt drivna fordon. Vi betonar utmaningarna som uppstår när konvojkörning eller mänskliga förare är inblandade och utvecklar samordningslösningar i olika skalor därefter.

Vi börjar med att behandla ett scenario för påfarter till motorvägar när konvojkörning förekommer. Fordon i ett tåg bildar en konvojkörning genom att köra i nära avstånd till varandra. Som ett resultat av detta beter sig konvojkörningen som rörliga barriärer för trafiken från påfarten. För att lösa problemet föreslår vi ett ramverk med två nivåer. En central koordinator schemalägger en korsningstid och hastighet för alla automatiserade fordon genom att lösa en blandad heltals linjär programmering som optimerar trafikprestanda och upprätthåller konvojbildningen. Det tilldelade schemat körs individuellt på fordonens nivå. När den är integrerad, tillåter ramverket att konvojkörningen bryts vid enstaka tillfällen för fordon från påfarten att köra in. Resultatet blir en optimal balansering mellan trafikflödet och konvojbildningen.

Vid korsningar med blandad trafik måste automatiserade fordon korrekt förutse beteendet för det mänskliga föraren och planera en säker framtida bana genom korsningen. På grund av det oförutsägbara mänskliga beteendet föreslår vi en oföränderlig säker modellprediktiv reglering genom att överväga de värsta scenarierna med användning av framåtnåbar uppsättning. För att kompensera för konservatismen tillämpar vi ett ramverk för beredskapsmodellprediktiv reglering som använder parallella horisonter, en för säkerhetsgarantier i beredskap och den andra för att optimera prestanda. Genomen distribuerad implementering tillämpas metoderna för generella korsningsproblem och ger säkra och effektiva samordningsresultat.

Till slut tar vi upp de problem som uppstår vid implementering i verkligheten. För att ta hänsyn till potentiella ocklusioner, uppskattningsfel och kommunikationsdefekter föreslår vi ett kommunikationsbaserat och integrerat ramverk från uppskattning till kontroll. Genom att använda uppskattning och nåbarhetsanalys gör vi robusta uppskattningar av omgivande fordon och integrerar denna information med samordningsramverket för att navigera fordon säkert genom korsningar i en experimentell miljö.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-326014