Optimización Jerárquica de Velocidad para Vehículos Automatizados Conectados con Comunicación Celular Vehículo-a-Todo (C-V2X) en Intersecciones Semafóricas Continuas

El rápido desarrollo de tecnologías inteligentes conectadas y la comunicación vehicular celulár (C-V2X) ofrecen nuevas oportunidades para resolver el problema de tráfico de vehículos automatizados conectados (CAV) para la conducción ecológica en intersecciones semafóricas continuas. Con C-V2X, se presenta un diseño de optimización de velocidad jerárquica basado en una técnica híbrida de control predictivo (HVO-HMPC) para reducir el consumo de combustible y las emisiones de contaminación. Primero, se construyó un problema de optimización de velocidad en el dominio de la distancia, con la distancia como variable independiente. En segundo lugar, se desarrolló un esquema híbrido de MPC combinando el método de disparo múltiple y la técnica MPC para calcular el perfil de velocidad óptimo de un controlador de alto nivel, que actúa como la velocidad de referencia en un controlador de bajo nivel. Luego, se construyó un modelo de seguimiento de vehículos, el controlador de bajo nivel rastreó la velocidad de referencia con el control predictivo como base, y se calculó la velocidad óptima asegurando que se cumpliera la restricción de velocidad de seguridad. A continuación, se probó el HVO-HMPC propuesto en Prescan, y se estudiaron las comparaciones del effecto con diferentes métodos de control en términos de consumo de combustible, emisiones de polución, tiempo de frenado y número de aplicaciones de frenado bajo diferentes escenarios de conducción. Los resultados muestran que una vez que la velocidad máxima se limita a 40 km/h bajo señales de corto periodo y 20 km/h bajo señales de largo periodo, el HVO-HMPC reduce efectivamente el consumo de combustible en un 27.21%, 25.89%, y las emisiones de contaminación en un 25.3%, 25.97%, respectivamente, mientras logra el mejor rendimiento. Finalmente, se construyó un prototipo experimental para confirmar la validez del HVO-HMPC.