Forgalomdinamikai modell globális vizsgálata és validációja mérés alapján
Forgalmas utakon gyakran szembesülünk az úgynevezett „fantomdugó” jelenségével, amikor a forgalom akár állásig lassul látványos ok, például terelés vagy karambol nélkül [1]. Ilyenkor egy sofőr valamilyen zavaró hatás következtében váratlanul fékez, amelyere a mögötte haladó jármű sofőrje még nagyobb fékezéssel reagál a reakcióidőből és a fékerő felépülési idejéből adódó időkésés miatt. Sűrű forgalom esetén ez a hatás egyre nagyobb léptékű lehet az egyre hátrébb lévő autóknál, míg végül kialakul a forgalmi dugó.
Az egyre nagyobb mértékben terjedő autonóm járművek az ilyen váratlan események esetén az embernél jóval gyorsabban tudnak beavatkozni. Emellett folyamatosan figyelik az előttük haladó mozgását, így nem avatkoznak be a szükségesnél nagyobb mértékben. Ez az újabb autók egymás közötti kommunikációjával is kiegészül, ami tovább növeli a beavatkozások gyorsaságát és pontosságát. Elengedhetetlen viszont ezen járművek különböző bemenő információkra való érzékenységének megfelelő beállítása. Számos vizsgálat szerint megfelelő paraméterhangolással a fantomdugók már néhány százaléknyi forgalomban lévő autonóm járművel megelőzhetők.
A dolgozatban az úgynevezett járműkövető modellt vizsgálom, ami n darab, egy gyűrűn egymás után haladó autó mozgását írja le egy késleltetett nemlineáris és nem-sima differenciálegyenlet rendszer segítségével. A szakirodalomban ma ez a fajta modellezés terjedt el a forgalomdinamikai jelenségek kvalitatív modellezésekor, azonban a modellek és a valós, mérések alapján kapott adatok között szignifikáns eltérés tapasztalható. Jelenleg a szakirodalomban nem érhető el olyan validált modell, amely lehetővé tenné az önvezető járművek megfelelően pontos paramétertervezését, és ezzel a fantomdugók megszüntetését. A munka célja így az [2] cikk és a University of Michigan kutatócsoportja által rendelkezésre bocsátott mérési adatok alapján felépített járműkövető modell lineáris és nemlineáris validálása. Ez a legegyszerűbb, de már autonóm járműveket, különböző emberi és gépi paramétereket, időkéséseket és nemlinearitásokat tartalmazó modell.
A validáció során először megvizsgáltam a rendszer megoldásainak lineáris stabilitását, kiértékeltem a mérési eredményeket, majd a két eredményt összehasonlítottam egymással. A kapott eltérések alapján finomhangoltam a rendszer emberi paramétereit. Ezt követően nemlineáris vizsgálatokat végeztem egy elsősorban késleltetett rendszerek bifurkációs analízisére szolgáló algoritmuscsomag [3] felhasználásával. A mérési adatok kiértékelése során sok esetben észleltem bistabil eseteket, amelyeket összevetettem a modell alapján számított bifurkációs diagramokkal. Továbbá vizsgáltam az instabilnak ítélt mérési eredmények periodikus pályáinak amplitúdóit is.
Összegezve, munkám eredményeit felhasználva egy validált modell felállításával már lehetővé válhat az autonóm járművek ilyenfajta modell alapján történő paramétertervezése, és ezáltal a forgalmi dugók későbbi megszűnése.
Irodalom:
1. G. Orosz, R. E. Wilson, B. Krauskopf, Global bifurcation investigation of an optimal velocity traffic model with driver reaction time, Phys. Rev. E 70:026207, 2004
2. S.S. Avedisov, G. Bansal, A.K. Kiss, G. Orosz, Experimental verification platform for connected vehicle networks, Proceedings of the 21st IEEE ICITS, 2018
3. K. Engelborghs et al, DDE-BIFTOOL v. 2.00: a Matlab package for bifurcation analysis of delay differential equations, Technical Report TW-330, K.U.Leuven, 2001.
szerző
-
Sirák Márton
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Kiss Ádám
tudományos segédmunkatárs, Műszaki Mechanikai Tanszék