[論文レビュー] A Cooperative Control Framework for CAV Lane Change in a Mixed Traffic Environment

Runjia Du, Sikai Chen+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 12, 2020

Traffic control and management参考文献 25被引用数 24

ひとこと要約

本稿では、混在交通環境下で連結自動運転車両（CAVs）と連結運転手付き車両（CHDVs）が協調制御することで、安全かつ効率的に車線変更を実行できるフレームワークを提案する。隣接する車両と衝突回避メカニズムを通じて連携することで、すべての車両の安全を確保するとともに、車線変更時間の短縮と全体の交通流効率の向上を実現し、特に高密度状態下で顕著な効果を示す。

ABSTRACT

In preparing for connected and autonomous vehicles (CAVs), a worrisome aspect is the transition era which will be characterized by mixed traffic (where CAVs and human-driven vehicles (HDVs) share the roadway). Consistent with expectations that CAVs will improve road safety, on-road CAVs may adopt rather conservative control policies, and this will likely cause HDVs to unduly exploit CAV conservativeness by driving in ways that imperil safety. A context of this situation is lane-changing by the CAV. Without cooperation from other vehicles in the traffic stream, it can be extremely unsafe for the CAV to change lanes under dense, high-speed traffic conditions. The cooperation of neighboring vehicles is indispensable. To address this issue, this paper develops a control framework where connected HDVs and CAV can cooperate to facilitate safe and efficient lane changing by the CAV. Throughout the lane-change process, the safety of not only the CAV but also of all neighboring vehicles, is ensured through a collision avoidance mechanism in the control framework. The overall traffic flow efficiency is analyzed in terms of the ambient level of CHDV-CAV cooperation. The analysis outcomes are including the CAVs lane-change feasibility, the overall duration of the lane change. Lane change is a major source of traffic disturbance at multi-lane highways that impair their traffic flow efficiency. In providing a control framework for lane change in mixed traffic, this study shows how CHDV-CAV cooperation could help enhancing system efficiency.

研究の動機と目的

• CAVsが保守的行動を示す可能性がある混在交通環境下で、車線変更における安全性と効率性の課題に対処すること。
• 高密度・高速度交通状態下で、HDVsがCAVsの保守的行動を悪用するリスクを軽減すること。
• 車線変更中にCAVsおよび周辺車両の両方の衝突回避を保証する制御フレームワークの開発。
• CHDV-CAV連携が全体の交通流効率および車線変更の実現可能性に与える影響の分析。
• 協調レベルが車線変更時間およびシステム全体のパフォーマンスに与える影響の定量的評価。

提案手法

• フレームワークは、CAVsが車線変更中に連結運転手付き車両（CHDVs）と協調する協調制御戦略を採用する。
• 制御フレームワークに衝突回避メカニズムを組み込むことで、移動中すべての関与車両の安全を確保する。
• 車両の運動特性および車両間距離制約を統合した制御設計により、安全マージンを維持する。
• フレームワークは、車線変更を一連の協調的行動としてモデル化し、CHDVsが速度と位置を調整して安全なギャップを確保する。
• CAVsとCHDVs間のリアルタイム通信を活用して、行動の同期化と安全の維持を図る。
• 交通流効率は、CHDV-CAV協調の程度に基づいて評価され、車線変更時間や実現可能性といった指標を用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 周囲に保守的で高速な運転手付き車両（HDVs）が存在する混在交通環境下で、CAVsはどのように安全に車線変更を実行できるか？
• RQ2 CHDVsとCAVsの間でどの程度の協調が、車線変更中の安全を確保するために必要か？
• RQ3 CHDV-CAV協調は、CAVの車線変更時間と実現可能性にどのように影響を与えるか？
• RQ4 CHDV-CAV協調のレベルを変化させた場合、全体の交通流効率にどのような影響を与えるか？
• RQ5 協調制御フレームワークは、すべての車両の安全を維持しながら、車線変更の効率を向上させることができるか？

主な発見

• 提案されたフレームワークは、車線変更中にCAVおよび周辺すべての車両の衝突回避を保証する。
• CHDV-CAV協調は、高密度交通状態下で車線変更の実現可能性を顕著に向上させる。
• より高いレベルのCHDV-CAV協調が達成されると、車線変更時間が短縮される。
• フレームワークは、車線変更に起因する混乱を最小限に抑えることで、全体の交通流効率を向上させる。
• 本研究では、CAVsとCHDVsの協調的行動が、より安全で予測可能な車線変更を実現することを示している。
• CHDV-CAV協調の周囲レベルは、システム全体の効率性および安全性パフォーマンスの主要な決定要因である。