A Fast Optimal Speed Planning System in Arterial Roads for Intelligent and Connected Vehicles

计算机科学 加速 实时计算 弹道 动态规划 电子速度控制 运动规划 模型预测控制 控制理论(社会学) 模拟 算法 人工智能 控制(管理) 机器人 工程类 物理 天文 电气工程 操作系统
作者
Chao Sun,Jianghao Leng,Fengchun Sun
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:9 (20): 20295-20307 被引量:23
标识
DOI:10.1109/jiot.2022.3172009
摘要

Speed planning system is generally equipped for intelligent and connected vehicles (ICVs). Under the circumstances of autonomous driving, an energy-optimal speed trajectory is usually desired, particularly on urban arterial roads with complex traffic conditions involved. However, the existing speed planning solutions in the literature have not dealt with the problem of time consuming. Also, the ego vehicle could not perfectly track a precalculated speed reference because of the dynamically varying traffic. Thus, optimal speed planning cannot always be guaranteed. In this article, a fast optimal speed planning system for complex urban driving situations is established through an adaptive hierarchical control framework. In the planning layer, dynamic programming (DP) and the interior-point optimizer are jointly used to compute the global speed trajectory with access to signal phase and timing (SPaT) information. The computational burden is greatly alleviated based on a weighted orientation graph assumption and problem decomposition. The following layer utilizes the Informer, which is a transformer-based model, to predict preceding vehicle speed. Then, a target-switching model-predictive controller (MPC) is adopted for global speed trajectory following and adaption. The proposed approach significantly reduces speed planning computation time compared to previous solutions. Simulation results based on real road traffic scenes manifest that 22.0% of energy is saved compared with human driving.

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