Cooperative driving relies on communication among vehicles to create situational awareness. One application of cooperative driving is Cooperative Adaptive Cruise Control (CACC) that aims at enhancing highway transportation safety and capacity. Model-based communication (MBC) is a new paradigm with a flexible content structure for broadcasting joint vehicle-driver predictive behavioral models. The vehicle's complex dynamics and diverse driving behaviors add complexity to the modeling process. Gaussian process (GP) is a fully data-driven and non-parametric Bayesian modeling approach which can be used as a modeling component of MBC. The knowledge about the uncertainty is propagated through predictions by generating local GPs for vehicles and broadcasting their hyper-parameters as a model to the neighboring vehicles. In this research study, GP is used to model each vehicle's speed trajectory, which allows vehicles to access the future behavior of their preceding vehicle during communication loss and/or low-rate communication. Besides, to overcome the safety issues in a vehicle platoon, two operating modes for each vehicle are considered; free following and emergency braking. This paper presents a discrete hybrid stochastic model predictive control, which incorporates system modes as well as uncertainties captured by GP models. The proposed control design approach finds the optimal vehicle speed trajectory with the goal of achieving a safe and efficient platoon of vehicles with small inter-vehicle gap while reducing the reliance of the vehicles on a frequent communication. Simulation studies demonstrate the efficacy of the proposed controller considering the aforementioned communication paradigm with low-rate intermittent communication.


翻译:合作驾驶方法之一是合作适航控制(CACC),其目的是加强公路运输的安全和能力。模型通信是一种新范例,其内容结构灵活,用于广播车辆驱动联合预测行为模型。车辆的复杂动态和不同驾驶行为增加了模型过程的复杂性。高斯进程(GP)是一个完全以数据驱动和非参数为主的贝耶斯模式化方法,可以用作MBCC的模型部分。关于不确定性的知识通过预测传播,办法是为车辆制作当地GP和广播其超参数作为邻近车辆的模型。在本研究中,GM用于模拟每部车辆的速度轨迹,使车辆在通信损失和/或低速通信期间能够了解其前一车辆的未来行为。此外,为了克服车辆排的安全问题,可以考虑两种操作模式作为MBC的模型。关于不确定性的知识通过预测来传播。本文介绍了一种离散的混合模式模型,将超标度参数作为相邻车辆的模型。GMLS的模型的模型性能控制方法,以最优的机动性机动性机动性车辆的系统作为最佳机动性控制方法。

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