[論文レビュー] Multi-Source Human-in-the-Loop Digital Twin Testbed for Connected and Autonomous Vehicles in Mixed Traffic Flow

Jianghong Dong, Jiawei Wang+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 18, 2026

Traffic control and management被引用数 0

ひとこと要約

本論文はMSH-MCCTを提案する。これは物理車両と仮想車両をクラウドを介して結合し、混雑交通における多源の人間-in-ループ試験を可能にする混合デジタルツインのテストベッドである。

ABSTRACT

In the emerging mixed traffic environments, Connected and Autonomous Vehicles (CAVs) have to interact with surrounding human-driven vehicles (HDVs). This paper introduces MSH-MCCT (Multi-Source Human-in-the-Loop Mixed Cloud Control Testbed), a novel CAV testbed that captures complex interactions between various CAVs and HDVs. Utilizing the Mixed Digital Twin concept, which combines Mixed Reality with Digital Twin, MSH-MCCT integrates physical, virtual, and mixed platforms, along with multi-source control inputs. Bridged by the mixed platform, MSH-MCCT allows human drivers and CAV algorithms to operate both physical and virtual vehicles within multiple fields of view. Particularly, this testbed facilitates the coexistence and real-time interaction of physical and virtual CAVs \& HDVs, significantly enhancing the experimental flexibility and scalability. Experiments on vehicle platooning in mixed traffic showcase the potential of MSH-MCCT to conduct CAV testing with multi-source real human drivers in the loop through driving simulators of diverse fidelity. The videos for the experiments are available at our project website: https://dongjh20.github.io/MSH-MCCT.

研究の動機と目的

• HDVとCAVが共存する混雑交通環境でのCAVの厳密な検証を促進する。
• 複数の実際の運転者をループに組み込むための、スケーラブルで柔軟なプラットフォームを提供する。
• 従来のMixed Cloud Control Testbed (MCCT)を多源人間-in-ループ機能で拡張する。
• 現実空間・仮想空間・混合空間全体で、物理的および仮想的なCAV/HDV間のリアルタイム対話を実現する。
• 協調型適応クルーズコントロール（CACC）と複数の人間運転者を用いた編成走行実験を通じてプラットフォームの有効性を示す。

提案手法

• 混合デジタルツイン（mixedDT）フレームワークを採用し、現実世界空間・仮想空間・混合空間を同時に共存させる。
• 車両状態を集約し、制御入力を分配し、混合プラットフォームを可視化するクラウドベースの仲介を実装する。
• 人間の運転者を含む多源の制御入力を、様々な精度の運転シミュレータとCAVアルゴリズムを通じて提供する。
• 運転者に対して2つの視野を提供する：実車の視野とTwin車両の仮想視野。
• 特定の車両に対するシミュレータをホットスワップできるようにし、シミュレータと特定車両をデカップリングする。
• 現実機プラットフォーム（砂皿模型とミニチュア車両）、仮想プラットフォーム（Unityベース）、混合プラットフォーム（クラウド）、多源入力という4要素のアーキテクチャを活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 mixedDTベースのプラットフォームは、混雑交通下でのリアルタイム・多運転者-in-ループCAV試験をどのように支えることができるか。
• RQ2 クラウド媒介・多源制御フレームワークの下で、物理車両と仮想車両を統合する利点は何か。
• RQ3 混雑交通シナリオで多運転者-in-ループはCACC/編成性能と安全性を向上させるか。
• RQ4 スケーラブル・柔軟・ホットスワップ可能な人間-in-ループ実験を実現するワークフローとシステム設計は何か。

主な発見

• MSH-MCCTは、実車と仮想車両の任意の数のCAV/HDVを、実運転者とアルゴリズムによってリアルタイムに相互作用させることを可能にする。
• クラウドベースの仲介が状態データと制御データを整列・集約・再分配し、プラットフォーム間の同期と相互作用を可能にする。
• CACCと多源人間運転者を用いた編成走行実験により、交通の撹乱を緩和し、安全 criticalな状況で衝突イベントを捉える能力を示した。
• mixedDT対応のセットアップはデュアルな視野（実車視野と仮想視野）を提供し、運転者の状況認識と実験の柔軟性を向上させる。
• ホットスワッピングにより、運転シミュレータを異なる車両に動的に再割り当てでき、複数運転者実験のスケーラビリティと適応性を高める。