Aimsun Next中的C/ACC控制器

技术注解#63

作者:Martin Hartmann

2021年10月

介绍

车辆自动化吸引了一些利益相关者,他们试图预测这项技术对道路交通的影响。 不同的利益相关者的观点可能包括从上层的交通规划政策到恶劣天气条件下验证感知传感器的操作的层面。 Aimsun通过提供模型工具和服务覆盖了整个领域的需求,从宏观模型到复杂的实时联合仿真AV的测试与代表现实交通环境的数字孪生。

在这篇文章中,我们解释并演示了在Aimsun Next中对配备了合作自适应巡航控制(CACC)的车辆进行微观仿真的使用。 从8.4版本开始,Aimsun Next包含了Milanes & Shladover, 2014[1]开发的ACC和CACC算法(这里标记为C/ACC)的本地实现。 因此,本技术注解中将控制器的实现放在微观仿真模型的背景下,描述了向用户透露的参数,并给出了一些使用控制器的实际例子。

要点

C/ACC车辆表现出与传统车辆(在Aimsun Next中由Gipps模型控制)明显不同的跟车行为,令车队编组互联车辆之间的时间间隔很短。 让我们总结一下Aimsun Next中微观仿真背景下关于C/ACC算法的最重要的信息:

  • 车辆可以是配备了ACC、CACC抑或是没有配备,
图1:C/ACC分布是在每个车辆类型编辑器中定义的
  • C/ACC算法覆盖了默认的纵向行为(Gipps汽车跟踪模型的加速度和速度)。

  • 对于装有C/ACC的车辆,反应时间必须设置为0.1s,传统车辆建议保持自己的反应时间(约0.8s)。
图2:反应时间是在实验设置下定义的
  • 任何配备了CACC的车辆都能实现ACC的功能。 因此,配备CACC的车辆跟在没有CACC的车辆后面,只使用ACC控制器。

  • 额外的CAMP防撞算法可以保持安全的汽车跟随间隙。

  • 车辆启动C/ACC的可能性最大的车队编组大小 可以在道路类型中设定。
  • 车队编组的行为 受到以下因素组合的影响:车辆的期望速度、 最大车队编组大小和C/ACC控制器参数。

控制器状态描述

接下来,有5个状态 应用于配备CACC的车辆:

  1. CC速度调节(“在你的探测范围内没有前车,选择你的加速度”)
  2. ACC间隙调节(“跟随前面的车辆*,调整加速度以满足所需的时间间隙”)。
  3. CACC车队编组领车间隙调节(“达到最大车队编组后,你是新的领车,选择你的加速度”)。
  4. CACC车队编组跟车差距调节(“跟随相连的领车,调整加速度以满足所需的车队编组排内的时间差距”)
  5. 禁用(”没有配备控制器或通过CAMP算法暂时被禁用“)。
图3:状态图和描述状态转换的条件

* 前面的车辆可以是未装备的车辆,配备ACC或CACC的车辆,在ACC净距下限或CACC差距下限之内

ACC车队编组参数

  • ACC控制器增益: 在自由流和跟车过程中,ACC控制器的灵敏度参数对定位和速度误差的影响。 这些值被设置为[1]论文中的默认值,并被发现可以使实际经验和仿真结果之间的差异最小。 我们建议用户采用默认值。
  • 净距下限: 目标车辆的车载探测器识别出一个领车;目标车辆进入ACC间隙调节状态,并试图达到期望的时间差距。
  • 净距上限: 领车超出了车载传感器的探测范围;目标车辆离开车队编组,并进入了CC速度调节
  • 期望时间差距: 目标车辆与车队编组内领车之间的时间差距,默认值被设置为Nowakovski分布(1,2 / 0,4 / 1,1 / 2,2s)[3]。

CACC车队编组参数

  • CACC控制器增益: CACC控制器的灵敏度参数,调整目标车辆和领车之间的时间差距。
  • 当前的时间差距 > 差距上限: 目标车辆切换到ACC差距调节状态(例如,领车已经提高了其期望速度,并超出了连接范围)。
  • 当前的时间差距 < 差距下限: 目标车辆转变为CACC车队编组跟车差距调节状态,设定目标为车队编组内部时间差距跟车 (默认值为0,6s)。
  • 当前的时间差距 < 差距上限 并且达到了最大车队编组大小 ® ,目标车辆成为它自己车队编组的领车并进入CACC车队编组领车差距调节 状态,设定目标为时间差距领车 (默认值为1,5s)。
  • 时间差距下限和上限之间的时间差距:目标车辆将使用滞后控制规则,并应用前一个时间步骤的汽车跟随状态。

CAMP紧急接管

Aimsun Next中的C/ACC模型采用了CAMP向前碰撞预警算法[2]。 该算法包含在模型中,以检查目标车辆和领车之间的差距是否足以实现安全跟车。 如果CAMP算法在任何时候被激活,C/ACC控制器将被禁用,然后在重新进入最后的C/ACC状态之前有20秒的冷却时间。

仿真例子

  1. 配备CACC的车辆(红色),没有前面的车辆 ® CC速度调节
  1. 配备CACC的车辆 (红色, 期望速度 = 49,9 km/h) 跟随没有配备的车辆 (蓝色, 期望速度 = 57 km/h) ® ACC速度调节直到净距 > 净距上限 (120m) ® CC速度调节

放慢录制视频速度,并突出显示净距和巡航控制状态值

意见:你可以搜集单独车辆的时间序列值,包括 离领车的时间差距 (蓝线) 和离领车的净距 (绿线) 来可视化车辆行为。

  1. 配备CACC的车辆相连并作为车队编组的一部分,以达到车队编组内部车辆时间差距0,6s > CACC车队编组跟车差距调节
  1. 配备CACC的车辆在识别新的前车前不久没有领车(CC速度调节激活)。 在净距下降到100米的净距下限以下时,目标车辆将其状态变为ACC差距调节

放慢录制视频速度,并突出显示净距和巡航控制状态值

 
  1. 装备CACC的车辆在进入CACC车队编组前不久:当前的时间差距低于0.5秒的差距下限,暂时应用ACC差距调节(左图),进入CACC车队编组后,设定目标为时间差距跟车®。 CACC车队编组跟车差距调节(右图)。

放慢录制视频速度,突出显示差距和巡航控制状态值

 
  1. 车队编组的规模限制,迫使目标车辆成为新的车队编组领车(最左边的CACC车队编组)。 最右边车队编组的领车处于ACC差距调节状态,因为前面的车辆比净距上限120米还要近。 超过这个阈值后,领车进入CC速度调节状态。

额外说明

在已执行的模型中,一个真正的车队编组的领车可以被贴上不同的CACC控制状态标签(即使车队编组的规模=1)。

  • CACC车队编组领车:如果最大车队编组规模迫使车辆创建一个新的车队编组。
  • ACC差距调节:如果车队编组领车在传感器范围内的前车。
  • CC速度调节:如果车队编组领车在前车传感器范围之外。

参考文献

[1] Vicente Milanés, Steven E. Shladover. Modeling cooperative and autonomous adaptive cruise control dynamic responses using experimental data. Transportation research. Part C, Emerging technologies, Elsevier, 2014, pp.285-300. 10.1016/j.trc.2014.09.001 . hal-01091160

[2] Kiefer, R.J., Cassar, M.T., Flannagan, C.A., LeBlanc, D.J., Palmer, M.D., Deering, R.K., Shulman, M.A., 2003. Forward collision warning requirements project: refining the CAMP crash alert timing approach by examining” last-second” braking and lane change maneuvers under various kinematic conditions.NHTSA Research Report HS-809 574.

[3] Nowakowski, C., J. O’Connell, S.E. Shladover, and D. Cody, 2010, “Cooperative Adaptive Cruise Control: Driver Selection of Car-Following Gap Settings Less Than One Second”, 54th Annual Human Factors and Ergonomics Society Meeting, San Francisco, CA.

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