丰田联合名古屋大学开发V2I型通信控制技术,让自动驾驶汽车顺利汇流

机器人 2018年12月07日
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日本名古屋大学与丰田中央研究所的研发小组共同开发了可使自动驾驶汽车顺利汇流的V2I(Vehicle to Infrastructure:路车间通信)型通信控制技术。

此次开发的“疑似扰动型通信控制”技术, 在名古屋大学2013年发布于《Automatica》上的多代理系统汽车编队的通信控制技术(pp. 2307-2316,2013)的基础上针对自动驾驶汽车的汇流控制做了名为“疑似扰动”的创新。在创建了V2I环境的车道汇流地点,能在尽量减少对主道行驶车辆影响的同时,顺利进行汇流。

通过计算机模拟对该控制技术进行的验证确认,在有人驾驶时能顺利汇流的汽车约为70%,在同样的交通环境下,利用此次开发的方法进行自动驾驶,几乎100%的汽车都实现了顺利汇流。预计这个结果在实际环境中也能取得良好的效果,将成为实现自动驾驶的主要技术之一。

近年来,设想汽车之间通过通信互联的交通环境,想通过协调控制汽车顺利实现汇流的研究非常多。这些通信方式主要为V2V(车车间通信)和V2I(路车间通信),从安全角度来看,V2I最为理想。不过,以往设想V2I的集中型控制(参考图1(a))是从基础设施向各汽车单独发送信息,存在通信成本高的问题。因此,本研究提出了通过从基础设施向所有汽车统一发送单一信息的通信型控制(参考图1(b)),顺利实现汇流的汽车控制方法。这样可以兼顾安全性和低通信成本。

丰田联合名古屋大学开发V2I型通信控制技术,让自动驾驶汽车顺利汇流

图1:V2I通信和控制方式的种类:(a)采用1对1单播通信的集中型控制,(b)统一发送单一信息的通信型控制

此次提出的采用通信通信的方法概要如下。如图2所示,设想了由人驾驶的手动驾驶汽车与可控制的自动驾驶汽车同时存在的汇流场景。在各个时刻,自动驾驶汽车会将自车的位置和速度等信息发送至全局控制器(基础设施),全局控制器以这些信息为基础,通信(发送)某单一信息。然后,各自动驾驶汽车根据通信的信息决定接下来的操作。

这里有一个重要课题是通信什么样的信息,解决这个课题的,就是被称为疑似扰动的方法。该方法会虚拟创建各自动驾驶汽车接下来要做的操作(加减速)的候选项,并发送至全局控制器。全局控制器通过聚合这些操作候选项,计算汇流场景是否接近理想状态(能顺利汇流的车辆位置与速度的关系)。然后通信计算结果,各车辆判断自身的操作候选项的对错,并决定是否采用。通过随机生成操作候选项,可以毫无遗漏地统计各种操作候选项进行验证,最终实现顺利汇流。

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图2:基于通信型控制的汇流场景概略

图3是通过计算机模拟对该方法进行验证的结果。可以确认,随着利用该方法控制的自动驾驶汽车的比例(RAM)增加,顺利汇流的成功率也在增加。所有车辆均为手动驾驶时(RAM=0),顺利汇流的成功率只有约70%,而所有车辆都采用该方法控制时(RAM=1),汇流成功率约达到100%。以上结果表明,该方法能在汇流场景下改善交通流动性。

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图3:计算机模拟结果

自动驾驶汽车在所有汽车中的占比(RAM)越高,顺利汇流的成功率越大(多次实施时的平均值与显示偏差)。主道行驶车辆的数量每小时约为600辆,汇流车道的车辆数量每小时约为400辆(蓝色线)、600辆(绿色线)、800辆(红色线)和1000辆(黄绿色线)。

文 JST客观日本编辑部

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