Ambiente de otimização dinâmica e simulação para obtenção de perfis de velocidade ótimos de veículos pesados com calibração simplificada
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Tipo de produção
Dissertação
Data
2023
Autores
Barbosa, Pedro Muniz
Orientador
Leonardi, Fabrizio
Periódico
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Citação
BARBOSA, Pedro Muniz. Ambiente de otimização dinâmica e simulação para obtenção de perfis de velocidade ótimos de veículos pesados com calibração simplificada. 2023. 129 f. Dissertação (Mestrado) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2023. Disponível em: https://doi.org/10.31414/EM.2023.D.131618.
Texto completo (DOI)
Palavras-chave
controle ótimo,Perfil de velocidade,Ecocondução,Economia de combustível
Resumo
Uma quantidade significativa de combustível fóssil consumido e poluentes emitidos em
todo o mundo pode ser atrelada ao transporte em modal rodoviário. Além disso, o combustível
sempre foi uma das principais parcelas em relação à precificação dos transportes de cargas e
com isso, a economia dele se tornou um dos pilares para o desenvolvimento de novas
tecnologias veiculares. A ecocondução, que consiste em conduzir o veículo visando condições
de alta eficiência energética, tem sido amplamente estudada nos últimos anos devido aos seus
possíveis benefícios na redução do consumo de combustível e emissão de poluentes. Uma das
frentes de estudo da ecocondução é a otimização de perfis de velocidade, que se traduz em,
através de um problema de controle ótimo, minimizar o consumo de combustível de uma rota
tendo como variável de controle a velocidade do veículo. Boa parte das montadoras de veículos
pesados já possuem soluções que buscam economizar combustível através desta estratégia,
porém, tais soluções só são introduzidas no mercado através de veículos novos. Devido à alta
idade média dos veículos rodoviários no Brasil e ao constante aumento dela, métodos que sejam
também aplicáveis para esta frota já existente poderiam auxiliar no aumento da eficiência
energética dela mais rapidamente. Neste trabalho é proposto um ambiente computacional
baseado em otimização dinâmica e simulação numérica rigorosa para minimização do consumo
de combustível em veículos pesados, através da otimização de perfis de velocidade em trajetos
rodoviários que seja de aplicação genérica, ou seja, aplicável em qualquer marca ou modelo de
veículo e que não necessite em sua calibração dados altamente custosos a serem obtidos, como
fazem as soluções já existentes disponibilizadas por algumas montadoras. A metodologia
utilizada consiste em definir um modelo de consumo de combustível de elevada exatidão e de
fácil calibração, um modelo de dinâmica veicular que abrange os principais parâmetros de
movimento do veículo, elaborar e resolver o problema de controle ótimo e por fim, verificar o
desempenho da solução em um ambiente de simulação dinâmica que aborda diversos aspectos
dimensionais e cinemáticos do veículo e do trajeto através do programa TruckSim. Os
resultados mostraram, nos cenários de estudo, que tal solução tem capacidade de reduzir 8,32%
em média do consumo de combustível de um caminhão quando comparado a um perfil de
velocidade constante
A significant amount of fossil fuel consumed and pollutants emitted worldwide can be linked to road transport. In addition, fuel has always been one of the main components concerning the pricing of cargo transport and, as a result, its economy has become one of the pillars for the development of new vehicle technologies. Eco-driving, which consists of driving a vehicle aiming at high energy efficiency conditions, has been widely studied in recent years due to its supposed benefits in reducing fuel consumption and pollutant emissions. One of the fronts of eco-driving studying is the optimization of speed profiles, which translates into, through an optimal control problem, minimizing the fuel consumption of a route having the vehicle speed as a control variable. A good part of the heavy vehicle automakers already have solutions that seek to save fuel through this strategy, however, such solutions are only introduced in the market through new vehicles. Due to the high average age of road vehicles in Brazil and its constant increase, methods that are also applicable to this existing fleet could help to increase its energy efficiency more quickly. In this work, a computational environment based on dynamic optimization and rigorous numerical simulation is proposed to minimize fuel consumption in heavy vehicles, through the optimization of speed profiles in road routes that is of general application, that is, applicable to any brand or model of vehicle and that does not require costly data to be obtained in its calibration, as the already existing solutions made available by some automakers do. The methodology used consists of defining a highly accurate and easily calibrated fuel consumption model, a vehicle dynamics model that covers the main movement parameters of the vehicle, elaborating and solving the optimal control problem, and, finally, verifying the performance of the solution in a dynamic simulation environment that addresses various dimensional and kinematic aspects of the vehicle and the path through the TruckSim software. The results showed, in the study scenarios, that such a solution is capable of reducing an average of 8.32% of the fuel consumption of a truck when compared to a constant speed profile
A significant amount of fossil fuel consumed and pollutants emitted worldwide can be linked to road transport. In addition, fuel has always been one of the main components concerning the pricing of cargo transport and, as a result, its economy has become one of the pillars for the development of new vehicle technologies. Eco-driving, which consists of driving a vehicle aiming at high energy efficiency conditions, has been widely studied in recent years due to its supposed benefits in reducing fuel consumption and pollutant emissions. One of the fronts of eco-driving studying is the optimization of speed profiles, which translates into, through an optimal control problem, minimizing the fuel consumption of a route having the vehicle speed as a control variable. A good part of the heavy vehicle automakers already have solutions that seek to save fuel through this strategy, however, such solutions are only introduced in the market through new vehicles. Due to the high average age of road vehicles in Brazil and its constant increase, methods that are also applicable to this existing fleet could help to increase its energy efficiency more quickly. In this work, a computational environment based on dynamic optimization and rigorous numerical simulation is proposed to minimize fuel consumption in heavy vehicles, through the optimization of speed profiles in road routes that is of general application, that is, applicable to any brand or model of vehicle and that does not require costly data to be obtained in its calibration, as the already existing solutions made available by some automakers do. The methodology used consists of defining a highly accurate and easily calibrated fuel consumption model, a vehicle dynamics model that covers the main movement parameters of the vehicle, elaborating and solving the optimal control problem, and, finally, verifying the performance of the solution in a dynamic simulation environment that addresses various dimensional and kinematic aspects of the vehicle and the path through the TruckSim software. The results showed, in the study scenarios, that such a solution is capable of reducing an average of 8.32% of the fuel consumption of a truck when compared to a constant speed profile