Herramientas computacionales de identificación y suavizado de ciclos de movimiento de autobuses en conducción urbana

Ruiz Porro, Jorge (2017). Herramientas computacionales de identificación y suavizado de ciclos de movimiento de autobuses en conducción urbana. Tesis (Master), E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Herramientas computacionales de identificación y suavizado de ciclos de movimiento de autobuses en conducción urbana
Autor/es:
  • Ruiz Porro, Jorge
Director/es:
  • Arenas Ramírez, Blanca del Valle
  • Mira McWilliams, José Manuel
Tipo de Documento: Tesis (Master)
Título del máster: Ingeniería Industrial
Fecha: Junio 2017
Materias:
Palabras Clave Informales: Ciclos de conducción, microciclos de movimiento, ciclos suavizados, ciclos idealizados, autobuses urbanos, MSE, MAPE, emisiones contaminantes
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Mecánica
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

Este Trabajo Fin de Máster se encuentra enmarcado dentro de otro de mayor envergadura denominado proyecto CÍCLOPE que está siendo desarrollado por profesionales del Instituto de Investigación del Automóvil (INSIA) y profesores de la ETSII como los tutores de este trabajo. El proyecto CÍCLOPE tiene como objetivo fundamental el desarrollo de un sistema que permita generar patrones de conducción a partir de ciclos optimizados con los que se puedan reducir los niveles de emisiones contaminantes y consumo satisfaciendo las exigencias del servicio de transporte en función de las condiciones ambientales. Este estudio se centra en la obtención de ciclos de conducción idealizados (optimizados) asociados a patrones de conducción que permitan conseguir la reducción en emisiones y consumo mencionada anteriormente. El principal objetivo del proyecto CÍCLOPE es identificar los patrones de conducción, ayudándose de la información aportada por ciclos de conducción optimizados de autobuses, asociados al mejor comportamiento posible en cuanto a emisiones de contaminantes en ciudades adaptándose a las condiciones de explotación de una flota de autobuses (en este trabajo, la de la EMT de Madrid). Este Trabajo Fin de Máster se centra en la tarea de obtención de los ciclos de conducción optimizados de autobuses que permitirán identificar los patrones de conducción con mejor comportamiento en cuanto a emisiones contaminantes. Con el fin de estructurar este proyecto, este objetivo se alcanzará cuando se concluyan con éxito cada una de las fases en las que se ha dividido este proyecto. Los objetivos asociados a estas fases son los siguientes: • Tratamiento adecuado de la base de datos de partida existente. • Fragmentación de los diferentes ciclos de conducción en microciclos de parada y microciclos de movimiento. • Desarrollo de una herramienta de suavizado de microciclos de movimiento reales para su simplificación. • Obtención de microciclos de movimiento idealizados partiendo de los suavizados gracias al desarrollo de un algoritmo que permita al investigador llegar a una solución de compromiso entre la bondad del ajuste a los ciclos reales y el grado de complejidad de los microciclos idealizados. Como datos de partida para el estudio, se dispone de ficheros en los que se encuentran los ensayos realizados entre 2007 y 2008 en un autobús de la EMT de Madrid que realizó itinerarios de ida y vuelta en algunas de las líneas regulares que ofrece esta empresa en la ciudad de Madrid. Las mediciones, realizadas con una frecuencia de un segundo, incluyen valores de variables cinemáticas (como velocidad y aceleración), condiciones ambientales (presión, temperatura, humedad relativa) y emisiones contaminantes (CO, CO2, NOx, PM y HC medidas por un equipo embarcado PEMS) entre otras. Para los itinerarios realizados por el autobús, se han tomado mediciones en tres estados de carga diferentes (vacío, media carga, lleno) y utilizando como combustible dos posibilidades distintas: diésel y biodiesel (B100). Metodología: En primer lugar, se ha realizado una revisión de artículos científicos de investigación centrándose en la identificación de las variables de influencia en las emisiones contaminantes y el consumo. Después de esto, se ha procedido a adaptar la base de datos existente de tal modo que se han eliminado las mediciones de variables que no son de relevancia para el estudio que aquí se ha llevado a cabo. A continuación, se ha procedido a leer la base de datos ya adaptada y fragmentando cada ciclo de conducción completo (uno por cada ensayo), que representa la evolución temporal de la velocidad, en cada uno de los microciclos de movimiento (tramos con velocidad no nula) acompañados por los microciclos de parada (tramos con velocidad nula) anterior y posterior asociados a cada microciclo de movimiento. Esta fase de este Trabajo Fin de Máster se ha completado mediante el desarrollo de un algoritmo de programación utilizando el software estadístico de uso público R. En la siguiente imagen se esquematiza el proceso de fragmentación de ciclos de conducción. Una vez concluido el paso previo, se ha procedido a suavizar cada microciclo de movimiento separado anteriormente. Para ello, para cada microciclo de movimiento, se van calculando pendientes de grupos de cinco puntos consecutivos. Si el error relativo entre la pendiente de un grupo y la del siguiente grupo es pequeño, esos valores de velocidad se almacenan en un mismo vector. Si, por el contrario, el error relativo es demasiado elevado, las primeras velocidades se almacenan en un vector y las segundas abren un vector nuevo. Tras recorrer todo el microciclo de movimiento, se concatenan todos los tramos obteniéndose el microciclo de movimiento suavizado. Entonces, se genera el ciclo de conducción completo suavizando aplicando el mismo método para todos los microciclos de movimiento que se tengan en cada ensayo e intercalando en la posición adecuada los microciclos de parada. Para concluir esta fase del proyecto, se calcula el error cuadrático medio (MSE) entre el ciclo de conducción suavizado y el real como medida de la bondad de ajuste alcanzada y se comparan los valores obtenidos entre ensayos. En la siguiente etapa del proyecto se generan los microciclos de movimiento idealizados. Para ello, se toma cada microciclo de movimiento suavizado y se calcula el número de pendientes diferentes asociado a cada uno. En función de este valor, a cada microciclo de movimiento se le asigna un tipo de microciclo de movimiento idealizado u otro, como se explica en el cuerpo de la memoria. Según el tipo de microciclo idealizado asignado, se calculan las rectas que lo componen y, después, se concatenan junto con los microciclos de parada para formar el ciclo de conducción idealizado completo. Para finalizar, se ha calculado el error de aproximación (MAPE) entre el ciclo real y el suavizado, entre el real y el idealizado y entre el suavizado y el idealizado como medida indicativa de la proximidad de las velocidades reales al ciclo idealizado y se ha realizado una comparación entre ensayos de los errores obtenidos. Resultados y conclusiones: En cuanto a la fase relacionada con el suavizado de microciclos de movimiento, los resultados y conclusiones que se extraen son los siguientes: • El MSE del ciclo de conducción global, tras la corrección de los microciclos suavizados más alejados de las velocidades reales, es menor en cualquiera de los ensayos tratados. • Antes de corregir los microciclos suavizados menos precisos, los MSE diferían bastante según el ensayo estudiado. Sin embargo, tras aplicar la corrección, el MSE que se obtiene para cada ensayo es bastante parecido al valor para el resto de ensayos. • También se ha medido el error de aproximación entre el ciclo real y el suavizado mediante el MAPE. Los valores obtenidos son aceptables para cualquiera de los ensayos considerados. Por otro lado, en la etapa de generación de los microciclos de movimiento idealizados se obtienen los resultados y conclusiones mencionados a continuación: • Al comparar los ciclos de conducción real, idealizado y suavizado, el mayor error de aproximación (MAPE) es el correspondiente a la comparación entre el ciclo de conducción real y el idealizado en todos los ensayos. •Si se comparan todos los ensayos en los que el autobús circula a media carga con combustible B100, el MAPE entre el ciclo de conducción idealizado y el real aumenta, de media, 14,43 unidades porcentuales con respecto al existente entre el ciclo suavizado y el real. • Se observan diferencias entre líneas de la EMT de Madrid en cuanto al número de veces que se repite cada tipo de microciclo de movimiento idealizado que aparece en sus trayectos.

Más información

ID de Registro: 47416
Identificador DC: http://oa.upm.es/47416/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:47416
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 29 Ago 2017 10:05
Ultima Modificación: 29 Ago 2017 10:05
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