scholarly journals Safety Analysis of a Modified Cooperative Adaptive Cruise Control Algorithm Accounting for Communication Delay

2020 ◽  
Vol 12 (18) ◽  
pp. 7568
Author(s):  
Yi Liu ◽  
Wei Wang ◽  
Xuedong Hua ◽  
Shunchao Wang
Keyword(s):  
Sensitivity Analysis ◽  
Time Delay ◽  
Communication Systems ◽  
Control Algorithm ◽  
Adaptive Cruise Control ◽  
Cruise Control ◽  
Time To Collision ◽  
Cooperative Adaptive Cruise Control ◽  
Communication Time ◽  
Realistic Information

Cooperative adaptive cruise control (CACC) is a promising technology to improve traffic efficiency and enhance road safety. In this paper, a modified CACC control model considering the communication time delay is proposed, which is used to investigate the longitudinal safety impacts of the communication time delay to the CACC platoon. Then, the communication time delay model is integrated into the CACC model to simulate the realistic information transfer process in the CACC platoon. Then a microscopic CACC platoon simulation is designed and conducted to verify the feasibility and reliability of the modified CACC control algorithm. The obtained results reveal that the modified CACC control algorithm can not only reduce about 96.6% of inter-vehicle spacing error, but also enhance the vehicles’ ability to sense the upstream traffic changes. Furthermore, to quantitatively analyze the longitudinal safety influence of the time delay caused by representative communication systems, sensitivity analysis experiments of headway time were designed and conducted. In the sensitivity analysis, the time exposed time-to-collision (TET) and the time-integrated time-to-collision (TIT) were introduced as the key performance indicators (KPIs) to quantify the rear-end collision risks. Sensitivity analysis results demonstrate that the performance of the CACC platoon is strictly related to the applied wireless communication style. Furthermore, the CACC system supported by the 5th generation (5G) communication system shows great advantages in narrowing the minimal headway time gap and reducing the rear-end collision risks.

Driver Performance in a Cooperative Adaptive Cruise Control String

2016 ◽  
Vol 60 (1) ◽  
pp. 1184-1188 ◽  
Author(s):  
Vaughan W. Inman ◽  
Steven Jackson ◽  
Brian H. Philips
Keyword(s):  
Adaptive Cruise Control ◽  
Driving Simulator ◽  
Cruise Control ◽  
Highway Capacity ◽  
Time To Collision ◽  
Driver Performance ◽  
Cooperative Adaptive Cruise Control ◽  
Safety Benefit ◽  
Crash Reduction ◽  
Mean Time

Cooperative Adaptive Cruise Control (CACC) has been proposed as a method to increase highway capacity and possibly enhance safety. Two experiments were conducted in a driving simulator to verify that drivers with CACC would effectively monitor the system’s longitudinal control and override the system in the event that greater braking authority was needed than the system was designed to provide. In the first experiment, the emergency response of drivers with the CACC was compared with that of drivers who manually controlled following distance within a string of vehicles. The CACC group experienced markedly fewer crashes and had longer mean time-to-collision. The second experiment examined whether the CACC safety benefit was the result of the CACC system’s limited automatic braking authority, an auditory alarm, or both. The results suggest that both auto-braking and an auditory alarm are necessary to achieve a crash reduction benefit, although the alarm alone may promote less severe collisions.

Communication Aspects of a Modified Cooperative Adaptive Cruise Control Algorithm

2019 ◽  
Vol 20 (12) ◽  
pp. 4513-4523 ◽  
Author(s):  
Michal Sybis ◽  
Vladimir Vukadinovic ◽  
Marcin Rodziewicz ◽  
Pawel Sroka ◽  
Adrian Langowski ◽  
...  
Keyword(s):  
Control Algorithm ◽  
Adaptive Cruise Control ◽  
Cruise Control ◽  
Cooperative Adaptive Cruise Control

On Augmenting Adaptive Cruise Control Systems with Vehicular Communication for Smoother Automated Following

2018 ◽  
Vol 2672 (22) ◽  
pp. 67-77 ◽  
Author(s):  
Jan-Niklas Meier ◽  
Aravind Kailas ◽  
Oubada Abuchaar ◽  
Maher Abubakr ◽  
Rawa Adla ◽  
...  
Keyword(s):  
Communication Systems ◽  
Adaptive Cruise Control ◽  
The United States ◽  
Dynamic Responses ◽  
Vehicular Communication ◽  
Cruise Control ◽  
Cooperative Adaptive Cruise Control ◽  
Software Modules ◽  
And Performance ◽  
Data Elements

This paper focuses on evaluating, in a structured manner, the potential benefits, along with the implementation and performance issues, of utilizing dedicated short range communication-based communication in conjunction with adaptive cruise control (ACC) systems. This work was done in the United States under a cooperative agreement between the Crash Avoidance Metrics Partners LLC and the Federal Highway Administration. Designing cooperative adaptive cruise control (CACC) as an extension of ACC, and by using a combination of a comprehensive simulation framework and test vehicles, benefits of vehicular communication on string stability were established, and the performance of the novel CACC-enabling software modules were validated. Another key contribution of this work is the consideration of vehicles with different dynamic responses as a part of a single string. Four light-duty vehicles (hatchback, mid- and full-size sedans, large SUV), each from a different automotive original equipment manufacturer, were retrofitted with common ACC and vehicular communication systems. They were tested under many different conditions to obtain performance data (such as radar sensor readings, etc.) when operating in a vehicle string. These data were then integrated into the simulation environment to develop and validate the CACC modules. The paper concludes with a recommendation of some data elements for over-the-air messages to enable CACC functionality.

scholarly journals Time-delay feedback cooperative adaptive cruise control of connected vehicles by heterogeneous channel transmission

2019 ◽  
Vol 52 (5-6) ◽  
pp. 369-378 ◽  
Author(s):  
Xiulan Song ◽  
Xiaoxin Lou ◽  
Limin Meng
Keyword(s):  
Time Delay ◽  
Autonomous Vehicles ◽  
Adaptive Cruise Control ◽  
Sufficient Conditions ◽  
Wireless Channel ◽  
Linear Matrix ◽  
Connected Vehicle ◽  
Cruise Control ◽  
Cooperative Adaptive Cruise Control ◽  
Vehicle Platoon

In this paper, we consider the cooperative adaptive cruise control problem of connected autonomous vehicles networked by heterogeneous wireless channel transmission. The cooperative adaptive cruise control model with variable input delays is established to describe the varying time-delays induced from vehicular actuators and heterogeneous channel transmission. Then a set of decentralized time-delay feedback cooperative adaptive cruise control controllers is computed in such way that each vehicle evaluates its own adaptive cruise control strategy using only neighborhood information. In order to establish string stability of the connected vehicle platoon with the decentralized controllers, the sufficient conditions are obtained in the form of linear matrix inequalities. The scenarios, consisting of four different cars with three heterogeneous wireless channels, are used to demonstrate the effectiveness of the presented method.

scholarly journals Macroscopic traffic flow modelling in the presence of vehicle automation and communication systems

2019 ◽  
Author(s):  
Καλλιρρόη Πορφύρη
Keyword(s):  
Communication Systems ◽  
Adaptive Cruise Control ◽  
Traffic Model ◽  
Cruise Control ◽  
Flow Modelling ◽  
De Algorithm ◽  
Time Space ◽  
Cooperative Adaptive Cruise Control ◽  
Vehicle Automation ◽  
Traffic Flow Modelling

Τα τελευταία χρόνια, πολλές βιομηχανικές χώρες αντιμετωπίζουν τις συνέπειες του συνεχώς αυξανόμενου αριθμού των οχημάτων, γεγονός που οδηγεί σε συνεχή αύξηση των φαινομένων συμφόρησης. Αυτά έχουν ως αποτέλεσμα τη σημαντική αύξηση των χρόνων ταξιδιού, την κατανάλωση καυσίμων, τις εκπομπές καυσαερίων, καθώς και τη μείωση της κυκλοφοριακής ασφάλειας. Οι συμβατικές μέθοδοι για την επίλυση του προβλήματος της κυκλοφοριακής συμφόρησης, με επέκταση των υπαρχουσών υποδομών και λειτουργικές βελτιώσεις, όπως οι βοηθητικές λωρίδες, οι πρόσθετες εναλλακτικές διαδρομές και οι τροποποιήσεις των μεταφορών, παραμένουν πρακτικά ανέφικτες, κυρίως λόγω οικονομικών και περιβαλλοντικών λόγων. Αντίθετα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί εναλλακτικά μια ολοκληρωμένη στρατηγική ελέγχου της κυκλοφορίας, προκειμένου να μετριαστεί το πρόβλημα των συνεχών κυκλοφοριακών συμφορήσεων. Ωστόσο, η εφαρμογή αποδοτικών μέτρων ελέγχου της κυκλοφορίας σε πραγματικό χρόνο συνεπάγεται την ύπαρξη αξιόπιστων και εύρωστων μοντέλων κυκλοφοριακής ροής, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη και την επικύρωση των προτεινόμενων στρατηγικών ελέγχου. Στο πλαίσιο αυτό, μια αποτελεσματική διαδικασία βαθμονόμησης και επικύρωσης φαίνεται να είναι αναγκαία για να εξασφαλιστεί η αξιοπιστία των μοντέλων κυκλοφοριακής ροής κατά την εκτέλεση πραγματικών προσομοιώσεων και σεναρίων βελτιστοποίησης. Ταυτόχρονα, επιστήμονες και μηχανικοί στις μέρες μας αναζητούν λύσεις για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας και της χωρητικότητας των οδικών δικτύων, μέσω των Συστημάτων Ευφυών Μεταφορών. Συγκεκριμένα, κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας, πραγματοποιήθηκαν τεράστιες συνεχιζόμενες διεπιστημονικές προσπάθειες από τον κλάδο της αυτοκινητοβιομηχανίας, καθώς και από πολυάριθμα ερευνητικά ιδρύματα σε όλον τον κόσμο για το σχεδιασμό, την ανάπτυξη, τη δοκιμή και τη χρησιμοποίηση ποικίλων συστημάτων αυτοματισμού και επικοινωνίας οχημάτων, τα οποία αναμένεται να φέρουν ριζικές αλλαγές στον τρόπο ελέγχου και βελτιστοποίησης της κυκλοφοριακής ροής στις επόμενες δεκαετίες. Τα συστήματα αυτά, όπως τα συστήματα Adaptive Cruise Control (ACC) και Cooperative Adaptive Cruise Control (CACC), αναπτύχθηκαν αρχικά βάση νέων εναλλακτικών μετακίνησης για τους οδηγούς και τους επιβάτες, με ιδιαίτερη έμφαση στη βελτίωση της άνεσης, της ευκολίας και της ασφάλειας, καθώς και στη μείωση της κυκλοφοριακής συμφόρησης. Η εργασία αυτή, η οποία αποτελείται από δύο κύρια μέρη, είναι μία πρώτη προσπάθεια προς αυτή την κατεύθυνση. Πιο συγκεκριμένα, το πρώτο μέρος ασχολείται με την εξέλιξη των μοντέλων κυκλοφοριακής ροής, με έμφαση στα μακροσκοπικά μοντέλα. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής, το γνωστό συνεχές 2ης τάξης μοντέλο κυκλοφοριακής ροής gas-kinetic-based traffic model (GKT) αξιολογήθηκε σχετικά με την ικανότητά του να αναπαριστά τις κυκλοφοριακές συνθήκες σε περιοχές αυτοκινητόδρομων υπό κυκλοφοριακή συμφόρηση. Το μοντέλο βαθμονομήθηκε και επικυρώθηκε με τη χρήση μιας μεθόδου βελτιστοποίησης βασισμένη σε παράλληλο Διαφορικό Εξελικτικό αλγόριθμο (Differential Evolution (DE) algorithm), χρησιμοποιώντας πραγματικά δεδομένα κίνησης από δύο διαφορετικά δίκτυα αυτοκινητοδρόμων: από ένα τμήμα αυτοκινητοδρόμου στο Ηνωμένο Βασίλειο, όπου εμφανίζεται σοβαρή κυκλοφοριακή συμφόρηση εξαιτίας των υψηλών ροών στη ράμπα εισόδου κατά τις πρωινές ώρες αιχμής, καθώς και από ένα τμήμα αυτοκινητοδρόμου στην Ελλάδα, όπου επαναλαμβανόμενη συμφόρηση προκαλείται από μία ράμπα εξόδου, επίσης κατά τις πρωινές ώρες αιχμής. Επιπλέον, η προσέγγιση πολλαπλών λωρίδων του μοντέλου GKT αξιολογήθηκε με τη χρήση πραγματικών δεδομένων κίνησης από το προαναφερθέν δίκτυο στο Ηνωμένο Βασίλειο. Στη συνέχεια, εφαρμόζοντας τον ίδιο αλγόριθμο βελτιστοποίησης, το GKT μοντέλο συγκρίθηκε με το πιο δημοφιλές διακριτό μακροσκοπικό μοντέλο, το METANET, σχετικά με την ικανότητά τους να αναπαραστήσουν τις συνθήκες κυκλοφοριακής ροής στο τμήμα του αυτοκινητόδρομου στο Ηνωμένο Βασίλειο. Το 2ης τάξης GKT μοντέλο κυκλοφορικής ροής, όπως θα παρουσιαστεί στο πρώτο μέρος, παρέχει τα μεθοδολογικά προαπαιτούμενα για το δεύτερο μέρος της διατριβής, όπου παρατίθενται δύο νέα μοντέλα μακροσκοπικής προσομοίωσης για ACC και CACC οχήματα. Συγκεκριμένα, η νέα προσέγγιση βασίζεται στην εισαγωγή ενός όρου χαλάρωσης στην εξίσωση της ορμής του GKT μοντέλου, ο οποίος ικανοποιεί την αρχή του χρονικού/χωρικού κενού (time/space-gap) των ACC και CACC οχημάτων. Επιπρόσθετα, στη διατριβή αυτή εξετάζεται τόσο η γραμμική όσο και η μη γραμμική ανάλυση ευαισθησίας, προκειμένου να προκύψει το όριο ευστάθειας των νέων μοντέλων, τα οποία είναι ικανά να προσομοιώνουν τη συμπεριφορά των ACC και CACC οχημάτων στη κυκλοφοριακή ροή, καθώς επίσης και να μελετηθεί η επιρροή αυτών των εξοπλισμένων οχημάτων στη σταθεροποίηση της κυκλοφοριακής ροής, όσον αφορά τόσο μικρές όσο και μεγάλες διαταραχές γύρω από την κατάσταση ισορροπίας.

scholarly journals Cooperative Adaptive Cruise Control Using Delay-Based Spacing Policy: A Robust Adaptive Non-Singular Terminal Sliding Mode Approach

2021 ◽  
Vol 26 (5) ◽  
pp. 634-646
Author(s):  
Weiyang Wang ◽  
Ke Cui ◽  
Lizhong Gu ◽  
Xinjun Lü
Keyword(s):  
Time Delay ◽  
Sliding Mode Control ◽  
Adaptive Cruise Control ◽  
Sliding Mode ◽  
Cruise Control ◽  
Terminal Sliding Mode ◽  
Control Approach ◽  
Mode Control ◽  
Cooperative Adaptive Cruise Control ◽  
Robust Adaptive

AbstractThis study proposes two speed controllers based on a robust adaptive non-singular terminal sliding mode control approach for the cooperative adaptive cruise control problem in a connected and automated vehicular platoon. The delay-based spacing policy is adopted to guarantee that all vehicles in the platoon track the same target velocity profile at the same position while maintaining a predefined time gap. Factors such as nonlinear vehicle longitudinal dynamics, engine dynamics with time delay, undulating road profiles, parameter uncertainties, and external disturbances are considered in the system modeling and controller design. Different control objectives are assigned to the leading and following vehicles. Then, controllers consisting of a sliding mode controller with parameter adaptive laws based on the ego vehicle’s state deviation and linear coupled state errors, and a Smith predictor for time delay compensation are designed. Both inner stability and strong string stability are guaranteed in the case of nonlinear sliding manifolds. Finally, the effectiveness of the proposed controllers and the benefits of 44.73% shorter stabilization time, 11.20% less speed overshoot, and virtually zero steady-state inner vehicle distance deviation are illustrated in a simulation study of a seven-vehicle platoon cooperative adaptive cruise control and comparison experiments with a coupled sliding mode control approach.

Smart Driving System for Improving Traffic Flow

2017 ◽  
Vol 7 (7) ◽  
pp. 236
Author(s):  
Rajesh Kumar Gupta ◽  
L. N. Padhy ◽  
Sanjay Kumar Padhi
Keyword(s):  
Traffic Flow ◽  
Traffic Congestion ◽  
Urban Areas ◽  
Adaptive Cruise Control ◽  
Human Perception ◽  
Cruise Control ◽  
Driving System ◽  
V2v Communication ◽  
Traffic Conditions ◽  
Cooperative Adaptive Cruise Control

Traffic congestion on road networks is one of the most significant problems that is faced in almost all urban areas. Driving under traffic congestion compels frequent idling, acceleration, and braking, which increase energy consumption and wear and tear on vehicles. By efficiently maneuvering vehicles, traffic flow can be improved. An Adaptive Cruise Control (ACC) system in a car automatically detects its leading vehicle and adjusts the headway by using both the throttle and the brake. Conventional ACC systems are not suitable in congested traffic conditions due to their response delay.  For this purpose, development of smart technologies that contribute to improved traffic flow, throughput and safety is needed. In today’s traffic, to achieve the safe inter-vehicle distance, improve safety, avoid congestion and the limited human perception of traffic conditions and human reaction characteristics constrains should be analyzed. In addition, erroneous human driving conditions may generate shockwaves in addition which causes traffic flow instabilities. In this paper to achieve inter-vehicle distance and improved throughput, we consider Cooperative Adaptive Cruise Control (CACC) system. CACC is then implemented in Smart Driving System. For better Performance, wireless communication is used to exchange Information of individual vehicle. By introducing vehicle to vehicle (V2V) communication and vehicle to roadside infrastructure (V2R) communications, the vehicle gets information not only from its previous and following vehicle but also from the vehicles in front of the previous Vehicle and following vehicle. This enables a vehicle to follow its predecessor at a closer distance under tighter control.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document