Learning-based modeling of human-autonomous vehicle interaction for improved safety in mixed-vehicle platooning control

模型预测控制 杠杆(统计) 汽车工程 更安全的 计算机科学 控制(管理) 高斯过程 车辆动力学 控制工程 模拟 工程类 高斯分布 人工智能 物理 计算机安全 量子力学
作者
J. Wang,Yash Vardhan Pant,Zhihao Jiang
出处
期刊:Transportation Research Part C-emerging Technologies [Elsevier BV]
卷期号:162: 104600-104600 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.trc.2024.104600
摘要

The rising presence of autonomous vehicles (AVs) on public roads necessitates the development of advanced control strategies that account for the unpredictable nature of human-driven vehicles (HVs). This study introduces a learning-based method for modeling HV behavior, combining a traditional first-principles approach with a Gaussian process (GP) learning component. This hybrid model enhances the accuracy of velocity predictions and provides measurable uncertainty estimates. We leverage this model to develop a GP-based model predictive control (GP-MPC) strategy to improve safety in mixed vehicle platoons by integrating uncertainty assessments into distance constraints. Comparative simulations between our GP-MPC approach and a conventional model predictive control (MPC) strategy reveal that the GP-MPC ensures safer distancing and more efficient travel within the mixed platoon. By incorporating sparse GP modeling for HVs and a dynamic GP prediction in MPC, we significantly reduce the computation time of GP-MPC, making it only marginally longer than standard MPC and approximately 100 times faster than previous models not employing these techniques. Our findings underscore the effectiveness of learning-based HV modeling in enhancing safety and efficiency in mixed-traffic environments involving AV and HV interactions.
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