Till innehåll på sidan

Modelling and Lagrangian control of mixed traffic: platoon coordination, congestion dissipation and state reconstruction

Tid: Fr 2021-03-12 kl 16.00

Plats: zoom (English)

Ämnesområde: Elektro- och systemteknik

Respondent: Mladen Čičić , Reglerteknik

Opponent: Professor Miroslav Krstić, Department of Mechanical and Aerospace Engineering, University of California, San Diego

Handledare: Professor Karl Henrik Johansson, Reglerteknik

Abstract

Trafikstockning är ett ständigt växande problem, med ett brett utbud av negativa effekter på samhället, från bortkastad tid och produktivitet till ökade mängd luftföroreningar och minskning av säkerhet. Införandet av uppkopplade, autonoma fordon möjliggör ett nytt, Lagrangianskt paradigm för att styra och mäta trafiken, genom att direkt använda uppkopplade fordon inuti trafikflödet, i motsats till det klasiska, Euleriska paradigmet, som är beroende på stillastående utrustning på vägen. Genom att använda kontrollmetoder som är anpassad för Lagrangian-paradigmet kan vi påverka trafikflödet även om marknadsintrång av uppkopplade fordon är låg. Detta gör det möjligt för oss att besvara en av de centrala överhängande frågorna om trafikkontrollen med framväxande teknik: Hur kan vi påverka den totala trafiksituationen genomatt direkt kontrollera en liten del av fordonen?

Vissa trafikfenomen som rörliga flaskhalsar och stop-and-go-vågor är särskilt relevanta för Lagrangian trafikstyrning, och måste därför modelleras. I denna avhandling introducerar vi påverkan av dessa fenomen i cellöverföringsmodellen, flerklasscellöverföringsmodellen, och tandemkömodellen. Vi föreslår även en övergångssystemmodell baserad på front-tracking-metoden, som beskriver relevanta fenomen, och visar under vilka förhållanden den motsvarar Lighthill-Whitham-Richards-modellen. Rörliga flaskhalsar introduceras som en rörlig zon där en reducerad flödesfunktion beskriver trafikflödet, och deras inflytande på trafiken beräknas genom att lösa Riemann-problemen vid flödesfunktioners gränser. Stop-and-go-vågor introduceras genom att begränsa sällsynthetens våghastighet, som resulterar i konstant stop-and-go-vågenshastighet och utflöde som är lägre än vägkapaciteten, vilket överensstämmermed de empiriska observationerna.

Vi använder de föreslagna trafikmodellerna för att utforma kontrolllagar som hanterar tre problem: koordinering av fordonstågsammanfogning, minskning av trafikstockningar och uppskattning av trafiktillstånd. Vi studerar fallet när två lastbilar närmar sig varandra och sammanfogar till en fordonståg på allmän väg, och föreslår en optimal kontrollalgoritm som tar hänsyn till interaktionen mellan lastbilarna och den omgivande trafiken. Den föreslagna kontrolllagen minimerar den totala bränsleförbrukningen för lastbilarna och förbättrar pålitligheten av fordonstågskörning. Sedan granskar vi två former av problem med minskning av trafikstockningar: stationär flaskhalsavlastning och stop-and-go-vågskingring. I båda fallen används uppkopplade fordon som rörliga flaskhalsar för att begränsa trafikflödet så att trängseln upplösas. Genom att tillämpa dessa kontrolllagar ökar vägens genomströmning och den totala restiden för alla fordon minskas. Slutligen, generaliserar vi stop-and-go-vågskingringsproblem genom att släppa antagandet att hela trafiktillståndet är känt, och istället föreslå trafiktillståndsuppskattningsalgoritmer som använder lokala mätningar från de uppkopplade fordonen. Vi visar att de föreslagna kontrolllagarna kan även implementeras med hjälp av det uppskattade traffiktillståndet. I detta fall, när antalet tillgängliga uppkoppladefordon ökar, blir kontrollprestationer nästan lika bra som när det fullständiga traffiktillståndet är känt.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-290149