Otonom araçların emniyetli ve verimli şerit değişikliklerine yönelik optimal kontrol problemleri

Akıllı Ulaşım Sistemleri (ITS) yeni iletişim ve kontrol teknoloji gelişmelerini kullanarak trafik akışı ve güvenliğini artırmak, toplam seyahat süresini ve trafik tıkanıklığını azaltmayı amaçlamaktadır. Özellikle kendi kendine giden araçlar yakın gelecekte kayda değer bir etki göstermesi beklenen ITS'nin önemli bir uygulamasıdır. Kendi kendine giden araçları uygularken şerit değişimlerini fark etmek gerekli bir görevdir. Buna göre, bu tez şerit değişimleri sırasında boylamsal ve lateral manevraların hesaplanmasına odaklanmaktadır. Tez ilk olarak normal sürüş koşullarını temsil etmeye uygun boylamsal ve lateral araç dinamikleri için birkaç model belirlemektedir. Ek olarak boylamsal ve lateral hareketi ayrıştıran yeni bir yöntem sunulmaktadır. Araç modellerine bağlı olarak, şerit değiştirme manevraları için optimal bir kontrol problemi formüle edilip bu optimal kontrol problemlerinin çözümü için iki yöntem geliştirilmektedir. İlk yöntem doğrudan düzenleme yöntemidir. Belirli sayıda düzenleme noktası kullanan optimal kontrol problemi standart lineer-olmayan programlama çözücüler ile çözülebilen lineer-olmayan bir programlama problemine dönüştürülmektedir. İkinci yöntem ise gradyan tabanlıdır. Sistem modelinin birinci derece tahminini kullanan bir gradyan tabanlı araştırma, optimal kontrol çözümünün tahminini elde etmektedir. Tez çalışması sırasında optimal kontrol çözümlerinin gerçek zamanlı olarak belirlenemeyeceği gözlemlenmiştir. Bu probleme hitap edebilmek için bu tez analitik olarak parametre ile ifade edilebilen ve gerçek zamanlı olarak hesaplanabilen eğriler ile optimal kontrol gezingelerin tahminini çalışmaktadır. Bu amaçla, klotoid eğrilerine dayalı çift-başlangıç yolları ve bunların çift başlangıç kavis kaması ile analitik tahmini uygun bulunmuştur. Tez, bu eğrileri kullanarak şerit değişimi gezingelerinin hızlı hesaplaması için hesaplama yöntemleri önermiştir. Gelişmiş sonuçların bir uygulaması olarak, bu tez sıkı cihaz takibi için yakın zamanlı kooperatif adaptif seyir sistemleri (CACC) teknolojisini değerlendirmektedir. Mevcut CACC tasarımları düzgün yolları ele aldığından yalnızca boylamsal araç dinamiklerini değerlendirmektedir. Tez CACC vakasının eğimli yollardaki mevcut sonuçlarına da değinmektedir.