Co-design de abordagem baseada em consenso e protocolo de comunicação confiável para o controle de pelotões de veículos

Abstract

A condução automatizada e coordenada de pelotões é muito desafiadora devido à complexidade do controle de múltiplos agentes e à presença de comunicação interveicular sem fio não confiável. Para exacerbar esse problema, este assunto possui natureza interdisciplinar, envolvendo teorias de controle, dinâmica dos veículos, comunicação e engenharia de tráfego. Devido a uma constante interação entre a lógica de controle e a topologia de comunicação, uma abordagem de co-projeto para o controlador e a rede/protocolo de comunicação confiável torna-se necessária. O objetivo deste trabalho foi desenvolver uma nova abordagem para o pelotões de veículos baseada no consenso. As abordagens tradicionais assumem que a topologia voltada ao fluxo de informação é fixada a priori, e subsequentemente a lei de controle é projetada. Nesta tese, a abordagem torna a topologia um parâmetro de projeto que pode ser explorado para reconfigurar o controlador, dependendo das necessidades e características do cenário. Além disso, a abordagem compensa automaticamente informações desatualizadas causadas por perdas e atrasos na rede. O controlador foi implementado na ferramenta PLEXE, que é um simulador de mobilidade amplamente utilizado e que inclui blocos de construção básicos para a implementação de pelotões. Análises e simulações mostraram a robustez e o desempenho da abordagem proposta em diversos cenários, incluindo condições realistas de propagação com interferência causada por outros veículos. A abordagem proposta também foi comparada a outras abordagens existentes na literatura, as quais foram escolhidas por meio de revisão sistemática. Os resultados obtidos mostraram a capacidade da abordagem proposta em manter um pelotão veicular estável com diferentes topologias de comunicação, mesmo na presença de fortes interferências, atrasos e condições de desvanecimento.

Abstract: Automated and coordinated vehicle platoon is very challenging due to the complexity of multi-agent control and the presence of unreliable wireless interveicular communication. This subject is also challenging due to its interdisciplinary nature, involving theories of control, vehicle dynamics, communication and traffic engineering. Due to a constant interaction between control logic and communication topology, a co-design approach to the controller and the reliable communication network/protocol is required. The objective of this work was to develop a new approach to vehicle platoon based on consensus. Traditional approaches assume information flow-oriented topology as an a priori fixed constraint, and the law of control is designed accordingly. In this thesis, the approach makes the topology a design parameter that can be exploited to reconfigure the controller, depending on the needs and characteristics of the scenario. In addition, the approach automatically compensates for outdated information caused by network losses and delays. The controller was implemented in the PLEXE tool, which is a widely used mobility simulator that includes basic building blocks for platoon deployment. Analyzes and simulations have shown the robustness and performance of the proposed approach in various scenarios, including realistic propagation conditions with interference caused by other vehicles. The proposed approach was also compared to other approaches in the literature, which were chosen through systematic review. The obtained results show the ability of the proposed approach to maintain a stable vehicle platoon with different communication topologies, even in the presence of strong interference, delays and fading conditions.