Συντάχθηκε 12-02-2026 09:54
Τόπος:
Σύνδεσμος τηλεδιάσκεψης
Έναρξη: 16/02/2026 10:00
Λήξη: 16/02/2026 11:00
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Δημητρίου Αγγελόπουλου
με θέμα
Συνεργατικός Προσαρμοστικός Έλεγχος Πλοήγησης Συστοιχιών Οχημάτων με Αντιστάθμιση Καθυστέρησης Αξιοποιώντας την Τοπολογία Επικοινωνίας πολλαπλών-προηγούμενων-ακόλουθων
Delay-Compensating Cooperative Adaptive Cruise Control of Vehicular Platoons Utilizing Multiple-Predecessor-Following Communication Topology
Εξεταστική Επιτροπή
Αναπληρωτής Καθηγητής Νικόλαος Μπεκιάρης-Λυμπέρης (επιβλέπων)
Καθηγητής Διονύσιος Χριστόπουλος
Amirhossein Samii (PhD ECE, TUC)
Περίληψη
Ο Συνεργατικός Προσαρμοστικός Έλεγχος Πλοήγησης (ΣΠΕΠ) και η εξέλιξη του στην έρευνα καθιερώνει έναν από τους κύριους λόγους που τα ευφυή συστήματα μεταφοράς έχουν βελτιωθεί τα τελευταία χρόνια. Πιο συγκεκριμένα, αυτή η μεθοδολογία ελέγχου στοχεύει να βελτιώσει την ασφάλεια και την αποδοτικότητα ενώ ταυτόχρονα εγγυάται εν σειρά ευστάθεια των συστοιχιών οχημάτων. Η ανταλλαγή πληροφορίας μεταξύ των οχημάτων που χρησιμοποιούν ΣΠΕΠ δημιουργεί μία σύγχρονη στρατηγική ελέγχου που έχει καλύτερες επιδόσεις από κλασσικές μεθόδους Προσαρμοστικού Ελέγχου Πλοήγησης (ΠΕΠ). Ως αποτέλεσμα, οι ταλαντώσεις που δημιουργούνται στην κίνηση εξαλείφονται και η διάδοση διαταραχών στις διασυνδεδεμένες συστοιχίες οχημάτων εξαφανίζονται. Από την άλλη, η πρακτική εφαρμογή τέτοιων ελεγκτών έχει μερικές δυσκολίες. Μία από αυτές είναι η καθυστέρηση εισόδου, όπου το σήμα ελέγχου δεν εφαρμόζεται αμέσως στο σύστημα, ενώ άλλες πηγάζουν από την ετερογένεια μεταξύ των οχημάτων. Αυτές οι προκλήσεις, μπορούν να μειώσουν σημαντικά την απόδοση αλλά και ακόμα να υποβαθμίσουν την ευστάθεια καθενός από τα οχήματα και την εν σειρά ευστάθεια των συστοιχιών οχημάτων. Έτσι, ένας νόμος βασισμένος σε προβλέψεις ΣΠΕΠ εισάγεται, για ετερογενή οχήματα, κάτω από σταθερές καθυστερήσεις. Αυτή η εργασία θεωρεί ένα εν σειρά σύνολο διασυνδεδεμένων συστοιχιών οχημάτων που αξιοποιούν την τοπολογία επικοινωνίας Πολλαπλών-Προηγούμενων-Ακολούθων (ΠΠΑ).
Ο προτεινόμενος ελεγκτής είναι βασισμένος στην σχεδίαση ενός ονομαστικού, χωρίς καθυστερήσεις, ΣΠΕΠ. Συνεχίζοντας, αξιοποιώντας τον παραπάνω ενσωματώνουμε έναν μηχανισμό πρόβλεψης έτσι ώστε να αντισταθμίσουμε την καθυστέρηση εισόδου. Αυτός ο ελεγκτής, ανατροφοδοτεί τα σφάλματα των καταστάσεων απόστασης, ταχύτητας και επιτάχυνσης ώστε να πετύχει εξασθένηση των διαταραχών και βελτιωμένη απόδοση. Ταυτόχρονα, παρέχεται και μία ανάλυση των παραμέτρων ελέγχου έτσι ώστε να τονιστεί η σημασία των παραμέτρων σχεδίασης, όπως η χρονική απόσταση μεταξύ δύο οχημάτων και ο αριθμός των ακολούθων με τους οποίους υπάρχει επικοινωνία. Επίσης μία περιεκτική ανάλυση της ευστάθειας και της εν σειρά ευστάθειας των συστοιχιών οχημάτων παρουσιάζεται. Αυτή η ανάλυση είναι βασισμένη σε αναπαραστάσεις συναρτήσεων μεταφοράς σε σχέση με τα σφάλματα ταχυτήτων. Πάνω σε αυτό το πλαίσιο, δίνεται έμφαση στην ετερογένεια και στην αντιστάθμιση της καθυστέρησης, ενώ ταυτόχρονα παράγονται αναγκαίες συνθήκες για την εν σειρά ευστάθεια των συστοιχιών οχημάτων. Τα αποτελέσματα δείχνουν πως η χρήση ενός ΣΠΕΠ βασισμένο σε μηχανισμό πρόβλεψης μπορεί εξαφανίσει τις καθυστερήσεις και να μειώσει την χρονική απόσταση μεταξύ δύο οχημάτων. Τέλος, παρέχονται αριθμητικές προσομοιώσεις, με στόχο να επαληθεύσουν την θεωρητική ανάλυση. Τα πειράματα δείχνουν πώς οι καθυστερήσεις, η ετερογένεια και η τοπολογία επικοινωνίας επηρεάζουν την ευστάθεια του συστήματος. Δείχνουν επίσης πώς ο μηχανισμός πρόβλεψης αντισταθμίζει πλήρως τις καθυστερήσεις και βελτιώνει την απόδοση.
Abstract
Cooperative Adaptive Cruise Control (CACC) and its evolution in recent research constitute one of the primary reasons that intelligent transportation systems have seen such great improvements over the last few years. Particularly, this control methodology aims to improve safety and efficiency while simultaneously guaranteeing string stability of the platoon of vehicles. Information exchange between vehicles that use CACC creates a state-of-the-art control strategy that outperforms classical Adaptive Cruise Control (ACC) methods. As a result, traffic oscillations are eliminated, and disturbance propagation in the platoon vanishes. On the other hand, the practical implementation of such controllers also comes with some difficulties. One of these includes actuation delays, where the control signal is not imposed instantly, while others stem from the heterogeneity of the platoons. These challenges can significantly reduce performance and even degrade individual vehicle stability and string stability. Thus, a predictor-based CACC law is introduced for heterogeneous platoons under constant delays. The main goal is to achieve both individual vehicle stability and string stability under these conditions. This work considers a platoon model where each vehicle is inter-connected utilizing the Multiple-Predecessor-Following (MPF) communication topology.
The proposed controller is based on a nominal delay-free CACC design. Continuing, we build upon this framework and incorporate a predictor-based mechanism to compensate for the presence of actuation delays. This controller provides feedback on the spacing, speed, and acceleration errors in order to achieve disturbance attenuation and improved performance. At the same time, an analysis regarding the control parameters is provided in order to highlight the importance of the design parameters, such as the time headway and the number of predecessor vehicles communication. A comprehensive analysis of stability and string stability is presented. This analysis is based on transfer function representations with respect to the speed errors. Upon this framework, strong emphasis on heterogeneity and delay-compensation is given, while also sufficient conditions for string stability are also generated. The results show that the use of a predictor-based CACC law effectively eliminates input delays while simultaneously significantly reducing time headway. Finally, numerical simulations are presented, with the goal to validate the theoretical analysis. The experiments show how delays, heterogeneity and information topology affect the stability of the system. They also show how the predictor-based CACC methodology compensates for the delays while improving performance.
