Coordination for safe interactions of connected and automated vehicles on highways and intersections
Tid: Fr 2025-04-04 kl 14.00
Plats: Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/66137658007
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Xiao Chen , Reglerteknik
Opponent: Professor Gabor Orosz, Mechanical Engineering, University of Michigan, USA
Handledare: Professor Jonas Mårtensson, Reglerteknik; Doctor Zhiqi Tang, Reglerteknik
QC 20250310
Abstract
Den ökande efterfrågan på transporter har lett till stora utmaningar, såsom trängsel, hög energiförbrukning och säkerhetsproblem. Uppkopplade och automatiserade fordon erbjuder en lovande lösning genom att möjliggöra samarbetsbaserade teknologier, till exempel konvojkörning och korsningskoordinering. För att uppnå dessa fördelar krävs dock att nyckelteknologiska utmaningar hanteras, särskilt när det gäller att säkerställa en säker och effektiv koordinering av fordon i komplexa trafikmiljöer.
Denna avhandling fokuserar på två grundläggande problem inom samarbetsdriven körning: konvojbildning och korsningskoordinering. Huvudmålet är att utveckla säkerhetsbevarande styrnings- och koordineringsstrategier som möjliggör effektiva och säkra operationer för både konvojkörning och korsningar.
Vi undersöker först ett fall av korsningskoordinering vid påfarter till motorvägar där konvojkörning förekommer. Fordon i konvoj med minimala avstånd till varandra skapar dynamiska barriärer för trafiken från påfarten. För att åtgärda detta föreslår vi ett koordineringsramverk med två nivåer, där en central koordinator optimerar ankomstscheman med hjälp av blandad heltalslinjär programmering. Det resulterande schemat implementeras sedan av de enskilda fordonen, vilket möjliggör att konvojer kan delas upp vid vissa tillfällen för att underlätta inpasseringen av inkommande fordon – vilket balanserar trafikflödet och konvojkörningen.
Konvojbildning med automatiserade fordon kräver noggrann styrning för att hantera de fysiska processerna vid flerfordonsbildning, vilket bland annat innebär justeringar av fordonens styrning, hastighet och avstånd. Vi utvecklar en säker och effektiv styrningsstrategi som säkerställer en smidig övergång från individuell fordonsdrift till sammanhållen konvojkörning på motorvägar med flera körfält. Genom att använda konstruktiv barriäråterkoppling, där en dissipativ divergent flödeskomponent läggs till den nominella formationsregulatorn för att undvika kollisioner, garanterar vi både säkerheten gentemot andra fordon och mot väggränser – vilket gör metoden både beräkningseffektiv och praktiskt tillämpbar. Experimentell validering bekräftar metodens effektivitet.
För korsningskoordinering i blandad trafik, där automatiserade fordon och mänskliga förare finns, introducerar vi en säkerhetsbevarande modellprediktiv reglering. Denna metod säkerställer kollisionfria interaktioner genom att använda åtkomliga mängder och maximala oföränderliga säkra mängder under bivillkoren i optimeringsproblemet. För att förbättra den praktiska tillämpningen integreras robusta estimeringsmetoder för att hantera mätfel och kommunikationsosäkerheter, vilket möjliggör säker och effektiv navigering i korsningar i experimentella inställningar.
Sammanfattningsvis presenterar denna avhandling nya reglerings- och koordineringsstrategier som förbättrar säkerheten och effektiviteten i konvojbildning och korsningshantering. Dessa bidrag banar vägen för en mer tillförlitlig användning av automatiserade fordon, med potentiella fördelar för fordonssäkerhet, energieffektivitet och övergripande trafikflöde.