Strategic Decision-Making in Platoon Coordination

Tid: To 2020-09-03 kl 15.00

Plats: Harry Nyquist, Malvinas väg 10, Q-huset, våningsplan 7, KTH Campus, Stockholm (English)

Ämnesområde: Elektro- och systemteknik

Licentiand: Alexander Johansson , Reglerteknik

Granskare: Professor Yafeng Yin, University of Michigan

Huvudhandledare: Associate professor Jonas Mårtensson, Reglerteknik

Abstract

Under de kommande decennierna förväntas efterfrågan på transport av varor och passagerare mångfaldigas, vilket innebär att behovet av hållbara transportlösningar är brådskande. En lovande lösning är konvojkörning, som visar stor potential att minska bränsleförbrukningen och driftskostnaderna för lastbilar. För att utnyttja fördelarna med konvojkörning till fullo behöver lastbilar koordineras för att effektivt mötas och bilda konvojer. Den här avhandlingen behandlar koordinering av lastbilar som kan bilda konvojer på transporthubbar, där vissa lastbilar måste vänta på andra lastbilar för att bilda konvojer, och det finns en belöning för konvojkörning och en kostnad för att vänta. Tre bidrag som behandlar konvojkoordinering presenteras i den här avhandlingen.

Det första bidraget behandlar koordinering av lastbilar med förutbestämda rutter i ett transportnätverk med deterministiska eller stokastiska restider. Lastbilarna ägs av konkurrerande transportföretag, och varje lastbil beslutar om sina väntetider på hubbarna längs med sin rutt för att optimera sin driftskostnad. Vi antar att lastbilar bildar en konvoj om de avgår från en hubb och kör in på vägen samtidigt. Den strategiska interaktionen mellan lastbilar när de koordinerar för konvojbildning modelleras med icke-kooperativ spelteori, och vi betraktar Nashjämvikt som lösningskoncept när lastbilarna beslutar om sina väntetider i början av sina resor. I fallet med stokastiska restider utvecklar vi även lösningar där lastbilarna tillåts uppdatera sina väntetider längs med sina resor. I en simuleringsstudie över det svenska transportnätverket visas att när lastbilarna tillåts uppdatera sina väntetider uppnås en konjovkörningsgrad på 60%.

I det andra bidraget utreds modeller för att dela på vinsten från konvojkörning. Fördelarna med konvojkörning är inte lika för alla lastbilar i en konvoj; vanligtvis är fördelen större för följarlastbilarna än för ledarlastbilen. Således kan incitamenten för transportföretag att samarbeta i form av konvojkörning vara låga om inte vinsterna från konvojkörning delas. Baserat på vinstdelningsmodeller formulerar vi konvojkoordineringsspel. I en simulering av en transporthubb utvärderar vi utfallet från konvojkoordinationsspelen. Det visar sig att den totala vinsten som uppnås när lastbilarna försöker maximera sina egna vinster, men vinsten från konvojkörning jämnas ut helt bland konvojmedlemmar, är nästan lika hög som när varje lastbil försöker att maximera den totala vinsten i systemet.

I det sista bidraget studeras ett koordineringsproblem där lastbilar anländer till en transporthubb enligt en stokastisk ankomstprocess. Lastbilarna delar inte förhandsinformation om sina ankomster; detta kan vara känslig information att dela. En koordinator bestämmer, baserat på den statistiska sannolikhetsfördelningen av ankomster, när lastbilarna på transporthubben ska släppas iväg i form av en konvoj. Under antagandet att ankomsterna är statistiskt oberoende och likafördelade, visar vi att det är optimalt att släppa iväg lastbilarna från transporthubben i form av en konvoj när antalet lastbilar överskrider en viss tröskel. Detta bidrag visar att enkla och dynamiska koordineringsmetoder kan erhålla en hög vinst från konvojkörning, även under hög osäkerhet och begränsad förhandsinformation.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-275670