Ushbu tadqiqot bog‘langan transport vositalari karvon holida harakatlanayotganda bir xil maqsad tezligiga erishishi, ular orasidagi maqsad masofani saqlashi va bir transport vositasida yuzaga kelgan pozitsiya xatosining karvon bo‘ylab kattalashib ketmasligini ta’minlash uchun taqsimlangan ierarxik model bashoratli boshqaruv (Distributed Hierarchical Model Predictive Control, DMPC) yondashuvini ishlab chiqadi. Usul ikki maqsadni bir-biridan ajratadi: alohida transport vositasining kuzatuv barqarorligi quyi qatlamda, qo‘shni transport vositalari bilan dinamik konsensus esa yuqori qatlamda optimallashtiriladi. Quyi qatlamdan olingan barqarorlik xarajatining optimal qiymati yuqori qatlamdagi konsensus muammosiga kontraktiv cheklov sifatida bog‘lanadi. Nazariy tahlil ko‘rsatilgan farazlar va cheklovlar ostida rekursiv bajariluvchanlik, asimptotik transport vositasi barqarorligi hamda \(\rho_i<1\) xato so‘nishi bilan predecessor–follower string stability ta’minlanishini ko‘rsatadi. Yetti transport vositali asosiy simulyatsiyada 19 m/s dan 20 m/s ga tezlik o‘tishi va 20 m maqsad masofa muvaffaqiyatli kuzatilgan, shuningdek usul 3 va 12 transport vositali karvonlarda, besh geterogen transport vositasida, 24 m/s favqulodda tezlanish, 16 m/s favqulodda sekinlashish hamda dumalash qarshiligi ±%10 o‘zgargan ssenariylarda ham sonli ravishda sinovdan o‘tkazilgan.

Tadqiqotning muhim farqi shundaki, u barqarorlik va transport vositalariaro konsensusni bitta vaznlangan xarajat funksiyasida birlashtirmaydi. An’anaviy vaznlangan MPCda to‘g‘ri vaznlarni tanlash yopiq kontur xatti-harakatiga kuchli ta’sir qilishi mumkin. Tadqiqotchilar simulyatsiyasida vazn va cheklov parametrlarini nominal qiymatlaridan chetlashtirilganda W–MPCda sezilarli tezlik va masofa tebranishlari yuzaga kelgan, taklif etilgan D–MPC esa silliqroq o‘tkinchi xatti-harakat ko‘rsatgan. Biroq bu taqqoslash tashqi buzuvchi kiritilgan chidamlilik testi emas; u boshqaruv dizayni parametrlarini ataylab o‘zgartirishga asoslangan simulyatsiyadir.

Real vaqt nuqtayi nazaridan yetti transport vositali simulyatsiyada maksimal bir qadamlik yechim vaqtlari 0,2700–0,2818 s oralig‘ida bo‘lib, 0,3 s namunalash vaqtidan past qolgan. Ammo foydalanilgan kompyuter apparati haqida ma’lumot berilmagan va boshqaruvchi haqiqiy transport vositasi ECU sida ishga tushirilmagan. Bundan tashqari, asosiy model nol aloqa kechikishi, nol paket yo‘qotilishi, tekis yo‘l va buzuvchisiz tizimni faraz qiladi. Shu sababli tadqiqot haqiqiy avtomobil yo‘lida avtonom transport vositalari karvoni xavfsizligi yoki real V2X tarmog‘ida ishlash kafolati emas, balki kuchli nazariy natijalar va sonli simulyatsiya tasdig‘ini taqdim etadi.

Turkiya nuqtayi nazaridan: Usul kelajakda bog‘langan va avtomatlashtirilgan transport vositalari karvonini boshqarish bo‘yicha Turkiyadagi tadqiqot va ishlanmalar uchun moslashtirilishi mumkin bo‘lgan boshqaruv arxitekturasini taklif etadi; biroq tadqiqot Turkiyadagi yo‘l, V2X infratuzilmasi, transport vositalari parki yoki aloqa sharoitlaridan foydalanmagan. Mahalliy qo‘llash uchun haqiqiy kechikish va paket yo‘qotilishi taqsimotlari, turli transport vositasi sinflari, qiya yo‘llar, yo‘l bilan ilashishdagi o‘zgarishlar, sensor/aktuator xatolari, huquqiy xavfsizlik talablari va avtomobil darajasidagi hisoblash apparatida alohida tekshiruv zarur. Manbadagi simulyatsiya natijalaridan Turkiya yo‘llarida muayyan xavfsizlik, sig‘im yoki transport oqimi yutug‘ini chiqarib bo‘lmaydi.

Transport vositalari karvonida nega ikki xil boshqaruv muammosi bor?

Transport vositalari karvonida “barcha transport vositalari bir xil tezlikda yurishi”ning o‘zi yetarli emas. Har bir transport vositasining o‘z tezlik va pozitsiya xatosi barqaror tarzda nolga yaqinlashishi kerak, shu bilan birga qo‘shni transport vositalari ham o‘zaro muvofiq harakat ko‘rsatishi lozim.

Tadqiqotchilar bu ikki maqsadni quyidagicha ajratadi:

• Mahalliy barqarorlik: Har bir transport vositasining o‘z pozitsiya va tezlik og‘ishlarining muvozanat nuqtasiga yaqinlashishi.
• Dinamik konsensus: Transport vositasining bashorat qilingan harakatining o‘zining avvalgi bashorati va aloqa qilayotgan qo‘shnilar bashoratlari bilan moslashtirilishi.

Bu ajratish ayniqsa muhim, chunki faqat konsensusni optimallashtirish har doim alohida transport vositalarining barqarorligini kafolatlamasligi mumkin. Tadqiqotning Shakl 3b sida faqat dynamic-consensus xarajati ishlatilgan C–MPC ssenariysi bunga sonli misol beradi: pozitsiya xatolari nolga yaqinlashmaydi va tizim barqaror formatsiyaga joylashmaydi.

Transport vositasi modeli qaysi o‘zgaruvchilardan foydalanadi?

Karvondagi \(p_i\) transport vositasining pozitsiyasi \(s_i\), tezligi \(v_i\), yetakchining referens pozitsiyasi \(s_L\), istalgan tezlik \(v_0\) va transport vositalari orasidagi maqsad masofa \(d\) sifatida belgilanadi.

Pozitsiya xatosi:

\[ e_{p,i}=s_L-s_i-(i-1)d \]

tezlik xatosi esa:

\[ e_{v,i}=v_i-v_0 \]

sifatida aniqlanadi.

Holat vektori:

\[ x_i(k)= \begin{bmatrix} e_{p,i}(k)\\ e_{v,i}(k) \end{bmatrix} \]

ko‘rinishidadir.

Tadqiqotchilar bo‘ylama dinamikani aerodinamik va dumalash qarshiliklarini ham o‘z ichiga olgan chiziqli bo‘lmagan diskret vaqtli model bilan ifodalaydi:

\[ e_{p,i}(k+1) = e_{p,i}(k)+e_{v,i}(k)\Delta t \]

\[ e_{v,i}(k+1) = e_{v,i}(k) + \frac{\Delta t}{m_i} \left( \frac{\eta_{T,i}}{r_i}u_i(k) - \phi_i(e_{v,i}(k)) \right) \]

va:

\[ \phi_i(e_{v,i})= C_{A,i}e_{v,i}^{2} + m_i g\mu_i \]

ko‘rinishida beriladi.

Bu yerda \(m_i\) transport vositasi massasini, \(C_{A,i}\) aerodinamik qarshilik koeffitsiyentini, \(r_i\) shina radiusini, \(\mu_i\) dumalash qarshiligi koeffitsiyentini va \(\eta_{T,i}\) mexanik samaradorlikni ifodalaydi.

Birlik eslatmasi: Manba \(u_i\) ni kerakli yuritish/tormoz momenti sifatida ta’riflagan bo‘lsa-da, simulyatsiya bo‘limida boshqaruv chegarasini 3000 N deb yozadi. Moment ta’rifi bilan `N` birligi o‘lcham jihatidan mos kelmagani sababli bu qiymat manbada berilganidan tashqari tarzda tuzatilmagan.

String stability aynan nimani anglatadi?

Karvonda yetakchi tezligini o‘zgartirganda barcha transport vositalarida vaqtinchalik pozitsiya xatosi yuzaga kelishi mumkin. Muhim savol bu xatoning orqa tomonga qarab kattalashib borish-bormasligidir.

Manba predecessor–follower string stability uchun:

\[ \max_{k\geq0}|e_{p,i}(k)| \leq \rho_i \max_{k\geq0}|e_{p,i-1}(k)| \]

shartidan foydalanadi va:

\[ 0<\rho_i<1 \]

bo‘lishini talab qiladi.

Bu tengsizlik bajarilganda ergashuvchi transport vositasining eng katta pozitsiya xatosi oldingi transport vositasining eng katta xatosidan kichik bo‘ladi. Shunday qilib buzuvchi yoki vaqtinchalik xato karvon bo‘ylab ko‘payish o‘rniga kamayadi.

Tadqiqot ishlashni baholash maqsadida qo‘shimcha ravishda taxminan ±0,5 m ajralish xatosi chegarasini taklif qiladi. Ammo bu qiymat bevosita jismoniy to‘qnashuvni oldini olish cheklovi sifatida shakllantirilmagan.

Aralash aloqa topologiyasi nima?

Transport vositalari orasidagi aloqa yo‘naltirilgan grafik:

\[ G=\{H,C,A\} \]

bilan modellashtiriladi. \(H\) transport vositasi tugunlarini, \(C\) aloqa bog‘lanishlarini va \(A\) qo‘shnichilik matritsasini ifodalaydi.

\(a_{ij}=1\) bo‘lishi bir transport vositasining boshqa transport vositasiga axborot uzatayotganini bildiradi. Shunday qilib, ayrim aloqa bog‘lanishlari faqat bir yo‘nalishda, ayrimlari esa ikki yo‘nalishda bo‘lishi mumkin. Manba buni “mixed communication topology” deb ataydi.

Shakl 2 da yettita alohida topologiya chizmasi mavjud. Ularning ayrimlarida faqat ketma-ket transport vositalari bog‘lanishlari, ayrimlarida esa bir nechta transport vositasini chetlab o‘tuvchi uzoq bog‘lanishlar va ikki yo‘nalishli axborot yo‘llari birga mavjud. Simulyatsiyalarning maqsadi usulning yagona qat’iy yetakchi–ergashuvchi aloqa sxemasiga bog‘liq emasligini ko‘rsatishdir.

Dinamik konsensus xarajati nimani o‘lchaydi?

Har bir transport vositasi uchun yuqori qatlam xarajati:

\[ J_{i,c}(x_i(k),u_i(k)) = \sum_{t=0}^{N-1} L_{i,c}(x_i(t|k),u_i(t|k)) \]

ko‘rinishida belgilanadi.

Bosqich xarajati:

\[ L_{i,c} = \|x_i-x_i^a\|_{F_i} + \sum_{j\in\Omega_i} \|x_i-x_j^a\|_{G_j} \]

tuzilishidadir.

Birinchi had transport vositasining yangi bashorati ilgari taxmin qilgan o‘z trayektoriyasidan qanchalik uzoqlashganini, ikkinchi had esa qabul qilingan qo‘shni bashoratlaridan qanchalik uzoqlashganini jazolaydi.

Shunday qilib, MPC faqat ergashish xatosini emas, balki aloqa tarmog‘idagi transport vositalarining kelajak harakat rejalarining o‘zaro izchilligini ham optimallashtiradi.

Quyi qatlam barqarorlikni qanday optimallashtiradi?

Bitta transport vositasi uchun barqarorlik xarajati standart musbat aniqlangan MPC tuzilishiga ega:

\[ J_i = x_i^T(N|k)P_i x_i(N|k) + \sum_{t=0}^{N-1} \left[ x_i^T(t|k)Q_i x_i(t|k) + u_i^T(t|k)R_i u_i(t|k) \right] \]

\(Q_i\), \(R_i\) va terminal \(P_i\) matritsalari musbat aniqlangan xarajat tuzilmalarini hosil qiladi. Problem 2 ushbu xarajatni minimallashtirib:

\[ u_i^s(k) \]

barqarorlikka yo‘naltirilgan optimal boshqaruv ketma-ketligini hosil qiladi.

Ikki MPC qatlam qanday bog‘lanadi?

Tadqiqotning eng muhim matematik yangiligi shu yerda namoyon bo‘ladi. Quyi barqarorlik muammosidan olingan optimal xarajat \(J_i^s\), yuqori konsensus muammosida chegara hosil qilish uchun ishlatiladi:

\[ J_i(x_i(k),u_i(k)) \leq \phi_i(x_i(k),\lambda_i) \]

va:

\[ \phi_i(x_i(k),\lambda_i) = J_i^s(x_i(k)) + \lambda_i \left[ J_i^o(x_i(k-1)) - J_i^s(x_i(k)) \right] \]

ko‘rinishida aniqlanadi.

Manbaning usul va isbot qismida:

\[ 0\leq\lambda_i<1 \]

ishlatiladi.

Bu kontraktiv cheklov yuqori qatlamga yaxshiroq transport vositalariaro konsensusni qidirish imkonini berar ekan, quyi qatlam ta’minlagan barqarorlik xususiyatining haddan tashqari yomonlashishini oldini oladi.

Muhim farq: Maqolaning o‘zi Equation 13 bevosita minimum masofa yoki to‘qnashuv xavfsizligi cheklovi emasligini ochiq aytadi. Uning asosiy vazifasi keyingi MPC qadamida yana bajariladigan yechim topilishini qo‘llab-quvvatlashdir.

Ierarxik yondashuv bilan vaznlangan MPC o‘rtasidagi farq nima?

Muqobil yondashuvda barqarorlik va konsensus hadlari bir xil xarajat funksiyasiga \(\tau\) vazn koeffitsiyenti bilan qo‘shilishi mumkin. Ammo mos vaznlarni offline tajribalar orqali tanlash kerak bo‘ladi.

Tadqiqotda Weighted MPC uchun:

\[ \tau=0,7 \]

ishlatilgan.

Shakl 4 da boshqaruv vaznlari va kontraktiv cheklov parametrlari nominal qiymatlardan chetlashtirilganda W–MPCning masofa va tezlik javoblari ancha sezilarli tebranish ko‘rsatgan, D–MPC esa silliqroq so‘nish ko‘rsatgan.

Bu taqqoslashda tashqi yo‘l buzuvchisi yoki aloqa nosozligi qo‘llanmaganligi alohida qayd etiladi. Bu yerdagi “robustlik” manbada avvalo boshqaruv sozlamalarining o‘zgarishiga sezgirlik ma’nosidadir.

Rekursiv bajariluvchanlik nega muhim?

MPCning bir vaqt qadamida yechim topishi o‘zi yetarli emas. Keyingi qadamda ham barcha cheklovlarni qanoatlantiruvchi yangi boshqaruv ketma-ketligi topilishi kerak.

Teorema 1 terminal qayta aloqa qonuni va tegishli parametr shartlari ostida avvalgi optimal ketma-ketlikning siljitilgan shaklidan yangi bajariladigan nomzod hosil qilish mumkinligini ko‘rsatadi. Shunday qilib bajariladigan boshlang‘ich to‘plam \(X_{i,N}\) yopiq kontur uchun invariant to‘plam sifatida qaraladi.

Asimptotik barqarorlik qanday ko‘rsatiladi?

Teorema 2 da optimal MPC xarajati Lyapunovga o‘xshash qiymat funksiyasi sifatida ishlatiladi. Manba hosilasida:

\[ V_i^o(k)-V_i^o(k-1) \leq -(1-\lambda_i)L_i(\cdot) \leq0 \]

natijasiga kelinadi.

\(L_i\) musbat aniqlangan va \(0\leq\lambda_i<1\) bo‘lganda xarajat yopiq kontur bo‘ylab kamayadi va muvozanat nuqtasining asimptotik barqarorligi olinadi.

Manba ichidagi matematik eslatma: Teorema 2 ning sarlavha jumlasida bir joyda “\(\lambda_i\geq0\)” deyiladi, isbot va oldingi ta’rif esa aniq \([0,1)\) oralig‘idan foydalanadi. Shu sababli shart kengaytirilib \(\lambda_i\geq1\) uchun ham amal qiladigandek talqin qilinmagan.

String stability isboti nimaga tayanadi?

Teorema 3 ning asosiy g‘oyasi shundan iboratki, bashorat ufqining har bir nuqtasida ergashuvchining pozitsiya xatosi oldingi transport vositasi xato qobig‘ining \(\rho_i\) baravaridan oshmasligi kerak.

Receding-horizon qo‘llanishida optimal ketma-ketlikning birinchi boshqaruvi haqiqiy tizimga qo‘llangani sababli ayni chegara yopiq kontur xatosiga ko‘chadi. \(\rho_i<1\) bo‘lgani uchun xatolar orqadagi transport vositalariga tomon kattalashmaydi degan xulosaga kelinadi.

Bu matematik kafolat manbada ko‘rsatilgan bajariluvchanlik, model va aloqa farazlariga bog‘liq.

Asosiy yetti transport vositali simulyatsiya qanday tuzilgan?

Bir jinsli transport vositasi modeli qaysi fizik parametrlar bilan ishlaydi?

Oxirgi olti soniyada pozitsiya xatolari haqiqatan nolmi?

Manba matni pozitsiya xatolari nolga yaqinlashishini bildiradi. Biroq oxirgi olti soniya statistikasini beruvchi Jadval 3 juda kichik, ammo nol bo‘lmagan o‘rtacha qiymatlarni xabar qiladi:

Shunday qilib, cheklangan simulyatsiya vaqtidagi sonli natija taxminan 9–10 mm o‘rtacha qoldiq xato darajasidadir. Nazariy asimptotik yaqinlashish bilan cheklangan vaqt simulyatsiyasidagi sonli qoldiq bir-biridan ajratilishi kerak.

Boshqaruvchi 0,3 soniya ichida hisoblashni bajara oladimi?

Manbada yetti transport vositasi uchun har bir MPC qadamining hisoblash vaqti o‘lchangan. Barcha maksimal qiymatlar 0,3 soniyalik namunalash vaqtidan past qolgan.

Geterogen transport vositalari qanday sinovdan o‘tkazilgan?

Besh transport vositali ikkinchi ssenariyda massa, aerodinamik qarshilik, g‘ildirak radiusi, dumalash qarshiligi va mexanik samaradorlik transport vositasidan transport vositasiga o‘zgartirilgan.

Shakl 6 da barcha transport vositalarining tezliklari referensni kuzatishi va nisbiy pozitsiya xatolari kamayishi ko‘rsatilgan. Bu natija usul foydalanadigan mahalliy transport vositasi modellarini bir-biridan farqlash mumkinligini ko‘rsatadi.

Ammo faqat beshta parametrik transport vositasi ishlatilgan; shina, uzatma, tormoz, aktuator kechikishi yoki sensor farqlarining to‘liq fizik modeli sinovdan o‘tkazilmagan.

Usul uzunroq karvonlarga masshtablanadimi?

Shakl 7 da usul qo‘shimcha ravishda 12 transport vositali va 3 transport vositali bir jinsli karvonlarda ishga tushirilgan. Har ikki holatda ham pozitsiya xatolari kamaygani va tezliklar 20 m/s maqsadga joylashgani ko‘rinadi.

Bu natija usul faqat yetti transport vositali bitta tuzilishga qulflanmaganini qo‘llab-quvvatlaydi; biroq tadqiqot hisoblash xarajatining transport vositalari soni bilan matematik yoki tajribaviy o‘sish egri chizig‘ini bermaydi. Shuning uchun juda katta transport vositalari parkiga chiziqli tarzda masshtablanadi deb da’vo qilib bo‘lmaydi.

Turli aloqa tarmoqlarida nima sodir bo‘ladi?

Shakl 8 da Shakl 2b va Shakl 2c dagi turli aralash aloqa bog‘lanishlari uchun yetti transport vositali simulyatsiyalar berilgan. Har ikkala topologiyada ham transport vositalari tezligi taxminan 20 m/s da birlashadi, pozitsiya xatolari esa kichik qiymatlarga so‘nadi.

Bu boshqaruv qonuni faqat bitta adjacency matrix ga xos emasligini qo‘llab-quvvatlaydi. Ammo asosiy model aloqa paketlari o‘z vaqtida va yo‘qotishsiz yetib kelishini qabul qiladi.

Konsensus vaznlari xatti-harakatni o‘zgartiradimi?

Uchta vazn kombinatsiyasi tekshirilgan:

Shakl 9–10 bu farqni pozitsiya xatolari va dinamik konsensus qiymat funksiyalarining vaqt bo‘yicha kamayishi orqali ko‘rsatadi. Manba soniya birligida aniq convergence-time jadvalini bermagani uchun bu sifat tartibi sonli vaqtga aylantirilmagan.

Favqulodda tezlanish va sekinlashishda nima bo‘ladi?

Shakl 11a da referens tezlik 24 m/s gacha oshirilgan. Karvon vaqtinchalik tezlanishdan so‘ng maqsad qiymatiga joylashadi va transport vositalari orasidagi nisbiy pozitsiya xatolari kamayadi.

Shakl 11b da maqsad tezlik 16 m/s gacha tushiriladi. Transport vositalari qisqa o‘tkinchi jarayondan keyin yangi tezlikka joylashadi.

Manba simulyatsiyada ruxsat etilgan tezlanish oralig‘ini −5 dan +5 m/s² gacha deb beradi va grafiklarda boshqaruv javobi shu chegaralar ichida qoladi.

Yo‘l sharoiti o‘zgarishida nima sinovdan o‘tkazildi?

Tadqiqot \(\mu_i\) dumalash qarshiligi koeffitsiyentini nominal qiymatning taxminan ±%10 atrofida o‘zgartirib yana bir simulyatsiya o‘tkazadi. Shakl 11c da transport vositalari yana umumiy maqsad xatti-harakatiga erishgani ko‘rsatiladi.

Bu yerdagi \(\mu_i\) tadqiqotning bo‘ylama qarshilik modelida ishlatiladigan dumalash qarshiligi koeffitsiyentidir. Bu tajriba to‘liq shina–yo‘l ishqalanish doirasi, muzlanish, gidroplaning yoki chiziqli bo‘lmagan shina kuchlari simulyatsiyasi emas.

Haqiqiy aloqa kechikishlari nega hali hal qilingan hisoblanmaydi?

Asosiy formulatsiya aloqa kechikishi va paket yo‘qotilishi yo‘qligini ochiq faraz qiladi. Bo‘lim 6 da mualliflar bu haqiqiy V2X tarmoqlari uchun cheklov ekanini tan oladi.

Kelajak uchun taklif etilgan g‘oyalar qatoriga kechikish xatosini qoplash uchun robust constraint tightening, offset-free boshqaruv, integral ta’sir yoki disturbance observer hamda tarmoq sifatiga qarab dinamik xavfsizlik zaxiralari kiradi.

Bular maqolada qo‘llangan va Shakl 3–11 da sinovdan o‘tkazilgan amaldagi algoritmning bir qismi emas; kelajakdagi kengaytirish takliflaridir.

Federated learning bu tadqiqotda haqiqatan ishlatilganmi?

Yo‘q. Bo‘lim 6.3 federated learning bilan ierarxik MPC o‘rtasida konseptual ko‘prik quradi. Mualliflar kelajakda yuqori qatlam umumiy trafik xatti-harakatini o‘rganuvchi global aggregator, quyi qatlam esa transport vositasi turiga xos personalized client sifatida qaralishi mumkinligini muhokama qiladi.

Xuddi shuningdek, kategoriya yo‘naltirilgan graph convolution va onlayn \(\lambda\) o‘rganish ham kelajak arxitektura g‘oyalaridir. Amaldagi simulyatsiya natijalari bu usullarning ta’sirini o‘lchamaydi.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar

• Barqarorlik va dinamik konsensus maqsadlarini ikkita ierarxik MPC muammosi sifatida ajratish mumkin.
• Barqarorlikning optimal qiymatini kontraktiv cheklov sifatida ishlatish ko‘rsatilgan farazlar ostida rekursiv bajariluvchanlik tahliliga imkon beradi.
• Manba sharoitlari ostida alohida transport vositasi muvozanat nuqtasi uchun asimptotik barqarorlik ko‘rsatilgan.
• \(\rho_i<1\) pozitsiya xatosi cheklovi ostida predecessor–follower string stability uchun yetarli shartlar chiqarilgan.
• Yetti transport vositali simulyatsiyada ierarxik D–MPC parametr o‘zgarishlarida vaznlangan W–MPCga qaraganda silliqroq o‘tkinchi javob ko‘rsatgan.
• Model 3, 5, 7 va 12 transport vositali turli sonli ssenariylarda umumiy tezlik va masofa xatti-harakatini hosil qila olgan.
• 24 m/s tezlanish, 16 m/s sekinlashish va ±%10 dumalash qarshiligi o‘zgarishi ssenariylarida simulyatsiya barqarorligi saqlangan.
• Yetti transport vositali testda barcha bir qadamlik optimallashtirish vaqtlari 0,3 s namunalash vaqtidan past qolgan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamaydigan yoki sinovdan o‘tkazmagan natijalar

• Haqiqiy transport vositalari karvonida yo‘l yoki trek tajribasi o‘tkazilmagan.
• Haqiqiy V2V/V2X aloqa kechikishi va paket yo‘qotilishi asosiy boshqaruvchida sinovdan o‘tkazilmagan.
• Kontraktiv cheklov bevosita to‘qnashuvsiz harakat yoki minimal jismoniy masofa kafolati emas.
• Yuzlab transport vositali katta karvonlarda hisoblash va aloqa masshtablanuvchanligi tasdiqlanmagan.
• Haqiqiy ECU da worst-case execution time yoki protsessor yuklanishi o‘lchanmagan.
• Qiya yo‘llar, sensor xatolari, tormoz/aktuator nosozliklari va kuchli tashqi buzuvchilar amaldagi simulyatsiyalarda yo‘q.
• Federated learning, graph neural network yoki onlayn o‘rganiladigan \(\lambda\) amaldagi usulda qo‘llanmagan.
• Manbada muhokama qilingan kechikishga chidamlilik amaldagi matematik kafolat bilan tajribaviy tasdiqlanmagan.
• Turli topologiyalar sinovdan o‘tkazilgan bo‘lsa-da, bitta yugurish davomida tez va uzluksiz topology switching uchun keng qamrovli tajriba taqdim etilmagan.
• Simulyatsiyada pozitsiya xatolari cheklangan vaqt davomida mutlaqo nol emas; taxminan santimetrdan kichik/santimetr miqyosida qoldiqlar mavjud.

Tadqiqot usuli va natijalari

Boshqaruv muammosining asosiy tuzilishi

Har bir transport vositasi bashorat ufqi \(N\) bo‘ylab o‘z boshqaruv ketma-ketligini:

\[ u_i(k)= \{ u_i(0|k), u_i(1|k), \ldots, u_i(N-1|k) \} \]

ko‘rinishida optimallashtiradi.

Unga mos holat ketma-ketligi:

\[ x_i(k)= \{ x_i(1|k), x_i(2|k), \ldots, x_i(N|k) \} \]

ko‘rinishidadir.

Yuqori qatlam: Problem 1

Problem 1 dinamik konsensus xarajatini minimallashtiradi. Asosiy cheklovlar:

• Chiziqli bo‘lmagan transport vositasi dinamikasi,
• Holat va boshqaruv chegaralari,
• Terminal hudud,
• String-stability pozitsiya xatosi chegarasi,
• Kontraktiv barqarorlik chegarasi

sifatida belgilangan.

Quyi qatlam: Problem 2

Problem 2 ayni transport vositasi dinamikasi va asosiy cheklovlar ostida musbat aniqlangan kuzatuv xarajatini minimallashtiradi. Olingan optimal \(J_i^s\), Problem 1 ga ruxsat etilgan barqarorlik xarajatining yuqori chegarasini hosil qilish uchun ishlatiladi.

Receding-horizon boshqaruvi

Problem 1 dan olingan:

\[ u_i^o(k) \]

ketma-ketlikning faqat birinchi boshqaruvi qo‘llanadi:

\[ u_i(k)=u_i^{cmpc}(k)=u_i^o(0|k) \]

Keyingi vaqt qadamida holat qayta o‘lchanadi va butun bashorat muammosi yana yechiladi.

Taxminiy trayektoriyani yangilash

Transport vositalari qo‘shnilariga uzatadigan kelajak harakat bashorati avvalgi optimal ketma-ketlikni siljitish va terminalda LQR qayta aloqasini qo‘shish orqali hosil qilinadi. Shunday qilib taqsimlangan transport vositalari bir xil kelajak haqidagi mos bashoratlarni ulashishi mumkin.

Barqarorlik uchun terminal tuzilma

Manba terminal hudud ichida mahalliy qayta aloqa:

\[ u_i=\kappa_i(x_i) \]

mavjudligini va terminal xarajat:

\[ E_i(f_i(x_i,\kappa_i(x_i))) - E_i(x_i) \leq -L_i(x_i,\kappa_i(x_i)) \]

kamayish shartini qanoatlantirishini faraz qiladi. Bu MPC barqarorligi isbotining asosiy shartlaridan biridir.

Asosiy boshqaruv parametrlari

S–MPC va C–MPC taqqoslanishi

S–MPC faqat kuzatuv barqarorligi maqsad funksiyasini optimallashtiradi. Shakl 3a da transport vositalarining pozitsiya xatolari qisqa o‘tkinchi jarayondan so‘ng kichik qiymatlarga so‘nadi.

C–MPC faqat dynamic-consensus maqsadini optimallashtiradi. Shakl 3b da tizim barqaror kuzatuv xatti-harakatini yo‘qotadi va ayniqsa oxirgi transport vositalaridan birining pozitsiya xatosi sezilarli kattalashadi.

Bu natija ikki maqsadni muvofiqlashtirish nega zarurligini ko‘rsatadi.

D–MPC va W–MPC taqqoslanishi

D–MPC tadqiqotning taklif etilgan ierarxik usuli; W–MPC esa vaznlangan xarajat yondashuvidir. Manba dizayn sezgirligini taqqoslash uchun vazn va kontraktiv parametrlarni o‘zgartirgan.

Shakl 4 da D–MPC vaqtinchalik tezlik cho‘qqisidan so‘ng taxminan 20 m/s ga silliq joylashgani; W–MPCda esa tezlik va pozitsiya xatosida ko‘proq tebranish yuzaga kelgani ko‘rinadi.

Hisoblash vaqtining muhandislik talqini

Eng yuqori maksimal vaqt Transport vositasi 3 uchun:

\[ 0,2818\;s \]

bo‘lgan. 0,3 s namunalash vaqtiga nisbatan qolgan vaqt:

\[ 0,3000-0,2818=0,0182\;s \]

ya’ni 18,2 ms dir.

Bu natija simulyatsiya muhitida deadline buzilmaganini ko‘rsatadi. Ammo xavfsizlik-kritik real vaqt boshqaruvi uchun operatsion tizim jitteri, V2X aloqa vaqti, sensor kechikishi va haqiqiy ECU yuklanishi ham alohida hisobga olinishi kerakligi sababli bu yakuniy deployment kafolati emas.

Masshtablanuvchanlik natijalari

12 transport vositali ssenariyda barcha tezlik egri chiziqlari taxminan bir xil o‘tkinchi cho‘qqi xatti-harakatidan keyin 20 m/s ga joylashgan va pozitsiya xatosi egri chiziqlari nol atrofida yaqinlashgan.

3 transport vositali ssenariyda ham o‘xshash xatti-harakat kuzatiladi. Biroq manba har bir transport vositasi soni uchun hisoblash vaqti yoki tarmoq trafigi jadvalini bermagani sababli algoritmning murakkablik bo‘yicha masshtablanishi sonli ravishda chiqarib bo‘lmaydi.

Aralash topologiyalarda konsensus

Shakl 8 ning ikki alohida topologiyasida yetti transport vositasi umumiy referens tezlikni kuzatadi va pozitsiya xatolari kichik qiymatlarga so‘nadi. Bu topilma adjacency tuzilmasini o‘zgartirish simulyatsiyalarda asosiy boshqaruv maqsadini buzmaganini qo‘llab-quvvatlaydi.

Turli vaznlarda qiymat funksiyalari

Shakl 10 da Transport vositasi 2, 3, 5 va 7 uchun dynamic-consensus xarajatlari uchta weight case ostida vaqt bo‘yicha kamayadi. Case 1 eng tez, Case 2 eng sekin, Case 3 esa ikkisining orasida so‘nadi.

Bu natija ierarxik tuzilma vazn tanlovini asosiy vaznlangan xarajat usulidagidek barqarorlik kafolati uchun kritik holga keltirmasa-da, \(F_i\) va \(G_i\) qiymatlari konsensus tezligiga baribir ta’sir qilishini ko‘rsatadi.

Murakkab haydash sharoitlaridagi sonli natijalar

Kelajakda bajarilishi tavsiya etilgan ishlar

Mualliflar haqiqiy tizimlarga o‘tish uchun ayniqsa quyidagi yo‘nalishlarni muhokama qiladi:

• Aloqa kechikishi va paket yo‘qotilishiga qarshi robust constraint tightening,
• Offset-free boshqaruv va disturbance observer,
• Tarmoq sifatiga ko‘ra dinamik xavfsizlik zaxirasi,
• Kategoriya yo‘naltirilgan yanada boy graph representation,
• Onlayn \(\lambda\) sozlash,
• Geterogen transport vositalariga qaratilgan personalized federated learning,
• Haqiqiy eksperimental tasdiqlash.

Bu bandlar natija jadvallarida tasdiqlangan xususiyatlar emas, kelajak tadqiqot yo‘nalishlaridir.

Manba va usul haqida izoh

To‘liq asl tadqiqot nomi: Distributed Hierarchical MPC for Consensus and Stability of Vehicle Platoons with Mixed Communication Topologies

Mualliflar va tartibi: Zhuang Li; Zhenqi Fang; Yao Fang; Shaoxuan Luo.

Teng hissa/teng birinchi muallif: Manbada teng birinchi muallif belgisi yo‘q. Muallif hissalari bo‘limida barcha mualliflar tadqiqotning konseptuallashtirish, metodologiya, dasturiy ta’minot, tekshirish, tahlil, tadqiqot, ma’lumotlarni kuratsiya qilish, yozish, vizualizatsiya, nazorat, loyiha boshqaruvi va moliyalashtirishni olish jarayonlariga teng hissa qo‘shgani ko‘rsatilgan.

Mas’ul muallif: Shaoxuan Luo.

Muassasa: School of Electronic and Electrical Engineering, Bengbu University, Bengbu 233030, China.

Jurnal: Vehicles.

Nashriyot: MDPI, Basel, Switzerland.

Nashr ma’lumoti: Vehicles 2026, 8, 82.

DOI: 10.3390/vehicles8040082.

Rasmiy havola:https://doi.org/10.3390/vehicles8040082

Manba turi: Hakamlikdan o‘tgan tadqiqot maqolasi; chiziqli bo‘lmagan transport vositalari karvoni uchun taqsimlangan ierarxik MPC ishlab chiqish, Lyapunov/MPC asosidagi barqarorlik tahlili, string-stability isboti va sonli simulyatsiya tadqiqotidir.

Hakamlik/nashr holati: Manbada 9 Fevral 2026 qabul qilish, 23 Mart 2026 qayta ko‘rib chiqish, 31 Mart 2026 qabul qilish va 7 Aprel 2026 nashr sanalari berilgan.

Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).

Moliyalashtirish: Anhui Provincial Department of Education, Grant No. 2025AHGXZK20025. APC ham ayni loyiha tomonidan moliyalashtirilgan.

Ma’lumotlarning mavjudligi: Ma’lumotlar asosli talab asosida mas’ul muallifdan olinishi mumkinligi; simulyatsiya modeli va algoritmlari qayta ishlab chiqarishga imkon beradigan darajada batafsil ish ichida berilgani ko‘rsatiladi.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildirgan.

Ilmiy mazmun chegarasi: Ushbu Verianla matnidagi model, matematik tenglamalar, boshqaruv shartlari, simulyatsiya parametrlari, grafik talqinlari, ishlash qiymatlari va kelajak tadqiqot takliflari faqat ko‘rib chiqilgan tadqiqotga asoslangan. Manbadan tashqaridan yangi transport vositalari karvoni ishlashi yoki V2X dala natijasi qo‘shilmagan.

Eksperimental holat: Tadqiqot tasdig‘i sonli simulyatsiyaga asoslangan. Jismoniy transport vositasi, hardware-in-the-loop yoki haqiqiy avtomobil yo‘li karvoni tajribasi taqdim etilmagan.

Aloqa farazi: Asosiy modelda aloqa tarmog‘i yaxshi ishlashi, kechikish va paket yo‘qotilishi bo‘lmasligi ochiq faraz qilingan. Bo‘lim 6 dagi robust delay compensation, federated learning va rivojlangan graph representation muhokamalari kelajak kengaytmalaridir.

Xavfsizlik cheklovi eslatmasi: Equation 13 dagi kontraktiv barqarorlik cheklovi bevosita minimal transport vositalariaro masofa chegarasi emas. Manba u avvalo recursive feasibility ni ta’minlash uchun ishlatilishini bildiradi.

\(\lambda_i\) nomuvofiqligi: Usul va isbot bo‘ylab \(\lambda_i\in[0,1)\) ishlatilgan bo‘lsa-da, Teorema 2 ning ifoda qismida bir marta \(\lambda_i\geq0\) deyiladi. Barqarorlik isbotida \(1-\lambda_i\) koeffitsiyentining musbatligi ishlatilgani sababli ushbu Verianla talqinida izchil manba oralig‘i \([0,1)\) saqlangan.

Boshqaruv kirishi birligi eslatmasi: \(u_i\) yuritish/tormoz momenti sifatida ta’riflangan bo‘lsa-da, simulyatsiya cheklovida 3000 N birligi ishlatilgan. Manba ichidagi bu o‘lcham nomuvofiqligi N·m ga jim tarzda tuzatilmagan.

Pozitsiya xatosi eslatmasi: Nazariy va bayoniy bo‘limlarda xatolar nolga yaqinlashishi aytilgan, oxirgi olti soniyani xabar qiluvchi Jadval 3 da esa taxminan 0,0094–0,0099 m o‘rtacha qiymatlar mavjud. Bu qiymatlar kichik cheklangan-vaqt qoldiq xatosi sifatida yetkazilgan.

Real vaqt chegarasi: Yetti transport vositasi uchun maksimal yechim vaqtlari 0,3 s namunalash davridan past qoladi; ammo foydalanilgan kompyuter apparati ko‘rsatilmagan va haqiqiy avtomobil darajasidagi boshqaruvchida worst-case execution time tasdig‘i bajarilmagan.

Masshtablanuvchanlik chegarasi: 3 va 12 transport vositali qo‘shimcha simulyatsiyalar usul turli karvon o‘lchamlarida ishlay olishini ko‘rsatadi; juda katta parklarda hisoblash va aloqa murakkabligi o‘lchanmagan.

Aralash topologiya chegarasi: Shakl 2 da yettita turli aloqa topologiyasi va ularning ayrimlari uchun alohida simulyatsiyalar mavjud. Bu natijalar bitta test davomida uzluksiz va tez topology switching ostida tajribaviy kafolatni anglatmaydi.