[論文レビュー] Scaling of transfer functions in vehicular platoons: the role of asymmetry disputed

Ivo Herman, Dan Martinec+2 more|arXiv (Cornell University)|Oct 15, 2014

Traffic control and management参考文献 26被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、車両群の定常性と不整合伝播の分析を通じて、群の規模に伴う伝達関数のH-infinityノルムのスケーリングを検討し、前部および後部間隔制御における非対称性の影響に焦点を当てる。非対称性は一般的に性能を向上させず、特にオープンループ系に複数の積分器を含む場合には、先行車両追従方式に劣ることが多いことが示された。

ABSTRACT

This paper investigates disturbance propagation in vehicular platoons. In particular, we investigate how the H- infinity norm of some chosen transfer functions scale with the number of vehicles in the platoon. Dependency on the number of integrators in open-loop transfer functions is also investigated. The transfer functions are presented in a new and convenient product form. A simple test for bidirectional string stability is presented as well as conditions for undesired exponential scaling in the frequency domain. Although some recent results in communication-free vehicular platooning suggest that introducing asymmetry between the front and the rear spacing is beneficial for scaling, we show that there are actually only a few cases when asymmetry can help. It either scales badly in the H-infinity norm or is outperformed by the predecessor following control scheme. The distinction is based on number of integrators in the open loop. Index Terms—Vehicular platoons, string stability, harmonic instability, eigenvalues uniformly bounded from zero, asymmetric control.

研究の動機と目的

• 車両群における主要な伝達関数のH-infinityノルムが群の規模にどのようにスケーリングするかを調査すること。
• 不整合伝播およびストリング安定性の向上に向けた前部および後部間隔制御における非対称性の役割を評価すること。
• 非対称制御を用いた通信フリーな群制御方式が、対称的または先行車両追従方式に比べて優位性を示すかどうかを特定すること。
• 非対称性が周波数領域で指数的スケーリングまたは不安定性を引き起こす条件を確立すること。
• オープンループ伝達関数に含まれる積分器の数がスケーリング行動および性能に与える影響を明確化すること

提案手法

• 群内の不整合伝播の解析を簡素化するため、伝達関数を新規な積形式で導出する。
• 周波数領域における伝達関数の最大ゲインを定量化するために、H-infinityノルム解析を適用する。
• 導出された伝達関数構造に基づき、双方向ストリング安定性のための簡単なテストを導入する。
• オープンループダイナミクスにおける積分器の数を変化させた場合のスケーリング行動を分析する。
• H-infinityノルムを用いて、非対称制御方式と先行車両追従制御方式の性能を比較する。
• 特に固有値がゼロから一様に離れていない場合に指数的スケーリングが発生する条件を同定する

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 前部および後部間隔制御における非対称性の導入が、車両群における伝達関数のH-infinityノルムスケーリングを改善するか？
• RQ2 非対称性が周波数領域で指数的スケーリングまたは不安定性を引き起こす条件は何か？
• RQ3 オープンループ伝達関数に含まれる積分器の数が、非対称制御と対称制御の性能に与える影響は何か？
• RQ4 非対称制御が不整合抑制の観点で先行車両追従制御方式を上回ることは可能か？
• RQ5 非対称車両群における双方向ストリング安定性の必要十分条件は何か？

主な発見

• 前部および後部間隔制御における非対称性は、一般的にH-infinityノルムスケーリングを改善せず、むしろ対称的または先行車両追従方式に劣ることが多い。
• オープンループ系に複数の積分器を含む場合、非対称制御方式はH-infinityノルムで頻繁に指数的スケーリングを示す。
• 不整合抑制およびスケーリング行動の観点から、先行車両追従制御方式は一貫して非対称制御を上回る。
• 伝達関数の積形式に基づき、双方向ストリング安定性のための簡単なテストが導出された。
• 周波数領域における指数的スケーリングは、システムの固有値がゼロから一様に離れていない場合に発生する。
• 非対称性を持つ少数の特定構成がわずかな改善をもたらすが、これらはより単純な先行車両追従戦略に劣ることが多い。