Comparación de distintos modelados de ciclos cinemáticos para la predicción con Random Forest de las emisiones de autobuses urbanos

Abstract

El presente trabajo de fin de grado se desarrolla desarrollado dentro del entorno del INSIA (Instituto de Investigación del Automóvil de la Universidad Politécnica de Madrid). En concreto, se encuentra dentro del proyecto conocido como CICLOPE (Sistemas de Optimización de Ciclos Urbanos de Conducción. Aplicación a la generación de patrones adaptados a exigencias medioambientales y situaciones de explotación de flotas de vehículos), que comenzó en el año 2016 y tiene prevista una duración aproximada de tres años. El objetivo global CICLOPE es, por tanto, generar ciclos de conducción a partir parámetros que se puedan obtener fácilmente y que permiten a los autobuses urbanos optimizar sus valores de emisión en los principales contaminantes que genera un motor de combustión. Dentro de este tipo de motor se encuentra el diésel (motor térmico de combustión interna alternativa), cuya característica principal es que dicha combustión se produce gracias al autoencendido provocado por las altas temperaturas alcanzadas por la compresión en el cilindro. Uno de los principales inconvenientes que presenta es la alta contaminación que produce, destacándose sobre todo las emisiones de NOx, partículas, hidrocarburos y CO (que pueden generar diferentes efectos negativos sobre la salud humana) y CO2 (que es un gas de efecto invernadero). Por todo ello, cada vez se intentan desarrollar nuevos métodos anti-contaminación; incluyendo aquellos que afectan directamente al motor (como por ejemplo añadir catalizadores de oxidación, filtros de partículas, sistemas de reducción catalítica selectiva o recirculación de gases) o el desarrollo de nuevas políticas anti contaminación, como son las denominadas Euro. Es por todo ello por lo que también alcanza elevada importancia este proyecto. Primeramente, partiendo de un ciclo cinemático completo generado con los registros de la base de datos, se crea una división en microciclos, siendo estos el ciclo de velocidad en el intervalo existente entre dos puntos de velocidad nula. Estos microciclos reales se van a simplificar e idealizar, convirtiéndolos en microciclos tipo. Un primer objetivo de este proyecto será, por tanto, verificar que este método de simplificación es válido. Esto se va a realizar obteniendo para cada ensayo el número de microciclos tipo y el error relativo que se comete al realizar la simplificación. En segundo lugar, se va a verificar la importancia que tienen los ciclos cinemáticos en el cálculo de las emisiones atmosféricas. Esto se realiza mediante la creación de un modelo de RandomForest y su análisis, midiendo variabilidades explicadas e influencia de las variables (incluyendo variables cinemáticas y atmosféricas). Además, se va a estudiar si la carga y el combustible son realmente significativos en dichos valores de contaminación. Tras ello, generando un nuevo modelo de árboles de regresión y habiendo demostrado la alta dependencia de los ciclos cinemáticos en las emisiones, se van a optimizar dichos ciclos utilizando parámetros geométricos sencillos para conseguir una mínima contaminación atmosférica.