常微分方程跟驰模型的最优控制：通过耦合自动驾驶车辆实现混合自主车队控制的应用
最优化与控制
2025-08-28 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
本文研究单车道混合自主车队的最优控制问题，旨在平滑交通流。该车队由加速度受控的自动驾驶车辆和由微观跟驰模型描述行为的人类驾驶车辆组成。我们将车队动力学描述为一个非线性常微分方程组，并对状态变量和控制变量施加显式约束，从而构建了最优控制问题。在理论上，我们分析了系统动力学在一组合适的容许控制下的适定性，并证明了最优控制问题极小值点的存在性。为数值求解该问题，我们提出了一种基于梯度下降的算法，该算法利用伴随方法，并结合惩罚方法来处理状态约束。我们通过多个实验，探索了车队内受控车辆不同渗透率和分布的各种场景，验证了所提数值方案的有效性。
引用
@article{arxiv.2508.19417,
title = {Optimal Control of ODE Car-Following Models: Applications to Mixed-Autonomy Platoon Control via Coupled Autonomous Vehicles},
author = {Arwa Alanqary and Alexandre M. Bayen and Xiaoqian Gong and Anish Gollakota and Alexander Keimer and Ashish Pandian},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.19417},
year = {2025}
}