Контролисање аутоматизованих возила на великим кружним токовима без трака

Табела веза

Сажетак и увод

Моделирање возила

Контрола нелинеарне повратне информације

ОД коридори и жељене оријентације

Контролори граница и безбедности

Резултати симулације

Закључак

Додатак А: Детекција судара

Додатак Б: Трансформисане криве ИСО растојања

Додатак Ц: Локална густина

Додатак Д: Детаљи контролора безбедности

Додатак Е: Параметри контролера

Референце

Сажетак— Контрола аутоматизованих возила на великим кружним токовима без трака је изазовна због геометријске сложености и честих сукоба између возила која улазе, ротирају и излазе. Овај рад предлаже свеобухватну методологију за контролу возила унутар кружног тока и повезаних кракова пута. Развијена стратегија кретања возила у реалном времену ослања се на офлајн израчунате широке коридоре кретања који се преклапају, по један за свако кретање Полазиште-Одредиште (ОД), који оцртавају дозвољене зоне кретања одговарајућих ОД возила. Такође, жељене оријентације зависне од простора су одређене дестинацијом, како би се ублажили потенцијални сукоби возила и смањила удаљеност путовања. Дистрибуирана (по возилу) стратегија контроле кретања, која користи два нелинеарна контролера повратне спреге (НЛФЦ), за кружна и права кретања, респективно, користи се за навигацију сваког возила унутар одговарајућег ОД коридора према његовом одредишту, узимајући у обзир жељену оријентацију и избегавајући сударе са другим возилима; док гранични контролори гарантују да границе коридора неће бити нарушене, а излаз неће бити пропуштен. Као сувише компликовану студију случаја, сматрамо чувену кружну раскрсницу Плаце Цхарлес де Гаулле у Паризу, која има ширину од 38 м и која се састоји од десетак двосмерних радијалних улица, дакле укупно 144 ОД. Употребљивост и ефикасност приказане методе проверава се микроскопском симулацијом и евалуацијом макроскопских података.

Индексни услови— аутоматизована возила, саобраћај без траке, микроскопска симулација, нелинеарни контролер повратне спреге

И. УВОД

Да би се решили проблеми изазвани саобраћајним загушењима, као што су кашњења у путовању, деградација животне средине и смањена безбедност саобраћаја, у протеклим деценијама су развијене и делимично коришћене различите методе контроле саобраћаја [1], [2]. У скорије време, развијен је широк спектар система за аутоматизацију возила и комуникације (ВАЦС) који значајно побољшавају индивидуалне способности возила, омогућавајући нову генерацију потенцијалних алата за управљање саобраћајем [3], [4]. Ова тенденција се наставља појавом високо аутоматизованих возила или возила скоро без возача која се испробавају у реалном саобраћајном окружењу, види нпр. [5]. У не тако далекој будућности, возила би могла комуницирати једно са другим и са инфраструктуром; и вози аутоматски, на основу сопствених сензора, комуникација и одговарајућих стратегија контроле кретања.

Недавно је предложен концепт ТраффицФлуид, нова парадигма за саобраћај возила, која се примењује на високим нивоима аутоматизације и комуникације возила [6]. Концепт ТраффицФлуид се ослања на два комбинована принципа: (а) саобраћај без траке, при чему возила нису везана за фиксне саобраћајне траке, као у конвенционалном саобраћају, већ могу возити било где на 2-Д површини пута; и (б) гурања возила, при чему возила саопштавају своје присуство другим возилима испред себе (или их они осете), а то може утицати на кретање возила испред. Током последњих неколико година, предложено је неколико стратегија кретања за аутономна возила на инфраструктури без трака у оквиру парадигме ТраффицФлуид, користећи различите методологије, укључујући: ад-хоц стратегије [6], [7], оптималну контролу [8], [ 9], учење поткрепљења [10], контрола нелинеарне повратне спреге [11], [12]; а развијено је и опште окружење за симулацију саобраћаја без траке [13]; видети [14] за кратак преглед.

У изузетном главном излагању [15], Луц Јулиа је поменуо два разлога зашто возила без возача можда никада неће бити стварност, а један од њих је сложена кружна раскрсница Плаце Цхарлес де Гаулле у Паризу, приказана на слици 1, која је превише сложена за аутоматска возила (АВ) за навигацију. Ова чувена кружна раскрсница је широка 38 м, са спољним радијусом од 84 м и унутрашњим од 46 м. Састоји се од десетак двосмерних радијалних улица, тј. 144 различита кретања возила од почетка до одредишта (ОД). С обзиром на ову сложеност, ова путна инфраструктура функционише без трака; стога, када су на кружном току, људски возачи морају да пронађу пут без придржавања саобраћајних трака. Изјава Луц Јулиа нам је пружила мотивацију да се позабавимо изазовом и размотримо кружни ток Плаце Цхарлес де Гаулле, који је иначе инфраструктура без трака, као студију случаја за концепт ТраффицФлуид, односно да развијемо стратегију кретања возила за АВ која могу насељавати и возити се на таквим сложеним кружним токовима, као што је наведено у овом раду.

Кружни токови су кључни елемент градског саобраћаја, омогућавајући ефикаснији ток при слабом саобраћају [17]; али може постати уско грло у вишим захтевима. Стога, успешно управљање кружним токовима, које се сматра тешким због њихове сложености, може побољшати проток саобраћаја у околини. У литератури постоји неколико радова који се фокусирају на АВ вожњу на кружним раскрсницама [18]-[33]. Класификација постојећих метода, заснована на неким битним карактеристикама, је

дато у табели И. Чини се да се већина пријављених радова фокусира на једноставне кружне раскрснице које се не приближавају сложености студије случаја у овом раду. Конкретно, већина њих се концентрише на једноструке или двотрачне кружне токове са ограниченим бројем радијалних улица.

Прелиминарни извештај о раним резултатима на кружним токовима без трака који укључују контролну шему за АВ и примену на кружној раскрсници Плаце Цхарлес де Гаулле (Париз) представљен је у [34]. У њему је коришћен нелинеарни контролер повратне спреге, развијен у [11] за возила која се крећу по правим путевима без траке, за контролу возила на кружном току. Поред тога, у [35] смо развили оптимални приступ контроли минимизирајући пондерисани збир удаљености путовања и одступања од кружног кретања да бисмо одредили жељене оријентације на великим кружним раскрсницама, да би заменили хеуристички метод који се користи у [34].

У овом раду проширујемо и побољшавамо стратегије представљене у [34] у многим значајним аспектима како бисмо обезбедили безбедно и практично кретање возила, као и прихватљиву пропусност, посебно у ситуацијама велике густине. Прво, нови нелинеарни контролер, дизајниран за кружне путеве у [12], користи се за управљање возилима док се крећу на кружном току, што је прикладније од модификације контролера правог пута, као што је урађено у [34]. Друго, субоптималан онлајн приступ, представљен у [35], користи се за одређивање жељене оријентације возила. Штавише, уводе се нека додатна разматрања, као што је прилагодљива жељена брзина заснована на локалној густини, као и уздужни сигурносни контролер

да обезбеди: (и) одговарајуће перформансе у ситуацијама велике гужве; и (ии) добра експлоатација инфраструктуре и висока пропусност на свим нивоима густине. Приликом осмишљавања стратегије кретања, повремено смо покушавали да замислимо логичне људске одлуке и следили их, ако су се показале ефикасним. Видео микроскопске симулације за кружни ток Шарл де Гол користећи представљени приступ доступан је на хттпс://бит.ли/36екР42. Коначно, макроскопски подаци се користе за процену ефикасности представљене методологије на нивоу саобраћаја.

Остатак рада је следећи. Одељак ИИ објашњава динамику возила и трансформације за кружна и нагнута кретања. Нелинеарни регулатори који се користе за праве и кружне путање су представљени у ИИИ одељку. Одељак ИВ описује пројектоване ОД коридоре и жељени приступ оријентацији. Гранични и сигурносни контролери су представљени у одељку В. Резултати симулације су представљени у одељку ВИ. Закључне напомене дате су у одељку ВИИ. Неки детаљи споредних питања дати су у четири додатка.