Descripción de patrones locales de conducción

Project: PhD

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Description

La concentración de la población en centros urbanos es una tendencia mundial que genera múltiples problemas
como la escasez de recursos energéticos, deficiencias del transporte público colectivo, infraestructura vial
insuficiente y congestión vehicular. Por tanto, mejorar la movilidad urbana se convierte en una prioridad, siendo
los vehículos los principales consumidores de energía y los principales contribuyentes a la polución del aire en
centros urbanos.
Así mismo, la concepción y desarrollo de ciudades inteligentes ha venido creciendo gracias al uso masivo de
sensores de bajo costo y el Internet de las cosas (IoT) enfocándose en incrementar la calidad de vida de las
personas, optimizar el ecosistema urbano, lograr el gerenciamiento eficiente y sostenible de los recursos naturales
y el aumento del beneficio económico. Dentro de este contexto, particularmente, la movilidad inteligente ha
surgido como respuesta a los problemas de tráfico vehicular (congestión), el tránsito de peatones y el tiempo
perdido, la inseguridad, la contaminación del aire, el crecimiento del parque automotor tanto en cantidad como
en diversidad de tipos de vehículos y la adopción de nuevas tecnologías vehiculares, combustibles y otras fuentes
de energía. Estos factores tienen una incidencia directa en el comportamiento del conductor (tendencia y estilo)
[1], en el uso y desempeño del vehículo (modos de operación)[1] y en el consumo energético (consumo de
combustible, o electricidad) y en la emisión directa o indirecta de contaminantes.
Una descripción objetiva de la forma como la población conduce dentro de la ciudad que sea útil para identificar y
evaluar estrategias de reducción de consumo energético, emisiones vehiculares y mejorar la movilidad urbana,
haciéndola sostenible y eficiente puede ser considerado uno de los primeros pasos para dar respuesta a los
desafíos actuales y futuros en centros urbanos.
La forma como conduce la población se conoce como patrón de conducción (Driving Pattern, DP). Actualmente, no
hay una clara definición de patrón de conducción[2]. Comúnmente, el patrón de conducción se ha definido como
aquel que describe el comportamiento del conductor[3][4][5]. En un sentido más amplio, el patrón de conducción
debe describir la manera como se conduce en una región específica, incluyendo no solo factores humanos (driving
behavior) sino factores operacionales (driving style) además de reflejar las condiciones de conducción (driving
conditions) y para esto se requieren determinar otras características del patrón de conducción y no solo basta con
la velocidad promedio [6]. El patrón de conducción varía de una región a otra [6][7][8], lo cual limita la aplicación
de técnicas que sean válidas y de uso generalizado. Por esta razón y la disponibilidad para recolectar datos
suficientes se desconoce si las ciudades latinoamericanas presentan similaridades en su patrón de conducción.
Frecuentemente, los patrones de conducción son representado por parámetros característicos (CP) los cuales son
dependientes de la velocidad y el tiempo [4] [9]. Para obtener los CP’s se requiere del registro segundo a segundo
de la velocidad del vehículo lo cual se obtiene a través de GPS (Global Position System) u sistema OBD-II (On Board
Diagnostics) u protocolos afines. Este proceso debe realizarse sobre una muestra representativa de vehículos
durante por lo menos un año de operación con el propósito de capturar comportamientos estacionales, lo cual lo
hace altamente costoso. Actualmente, no hay un consenso sobre el número de CP’s que deben ser usados para
reconocer el patrón de conducción [9] ni tampoco sobre cuál es la metodología adecuada para describirlos de
manera generalizada, confiable y representativa, además que pueda ser aplicada a todas las tecnologías
vehiculares existentes.
En 2015, la Organización de Naciones Unidas (ONU) declaró 17 objetivos de desarrollo sostenible, dentro del cual
el onceavo se refiere a ciudades y comunidades sostenibles proyectadas al 2030. Una de las metas de este objetivo
es: proporcionar acceso a sistemas de transporte seguros, asequibles, accesibles y sostenibles para todos y mejorar
la seguridad vial, en particular mediante la ampliación del transporte público, prestando especial atención a las
necesidades de las personas en situación de vulnerabilidad, las mujeres, los niños, las personas con discapacidad
y las personas de edad y reducir el impacto ambiental negativo per cápita de las ciudades, incluso prestando
especial atención a la calidad del aire y la gestión de los desechos municipales y de otro tipo. Siguiendo este
enfoque, la descripción del patrón de conducción permitirá mejorar la planeación de la infraestructura vial de las
ciudades, optimizar rutas, establecer modelos de tráfico y medidas más eficaces para facilitar el transporte de
personas, una transición energética más segura y una gestión urbana más integral.
Así mismo, y como una de las múltiples aplicaciones, el patrón de manejo es imprescindible para estimar la energía
consumida, los costos y el impacto ambiental, especialmente en vehículos eléctricos (EV’s) [12][13][14].
Una identificación confiable del patrón de conducción (DP), es un requisito indispensable para optimizar en los
EV’s [3][10]:
• El diseño y la optimización de componentes (capacidad de la batería, tamaño del motor eléctrico, la
estimación del rango de conducción y la evaluación de las emisiones vehiculares).
• La estrategia de control de la energía.
• La construcción de la infraestructura energética.
• Mejorar la eficiencia energética.
Otra aplicación importante de los patrones de conducción es la clasificación y reconocimiento del estilo de
conducción de conductores en empresas que operan grandes flotas de vehículos, como parte de sus programas
de Ecodriving (conducción eficiente) o también para ser incluidos en los sistemas avanzados de Asistencia a la Conducción- ADAS (Advanced Driver Assistance Systems- por sus siglás en inglés), los cuales incrementan
notablemente la seguridad activa del conductor y son la base fundamental para una conducción completamente
autónoma. Dentro de estos programas, las empresas otorgan premios a los conductores que minimizan consumo
de combustible. Sin embargo, estas empresas enfrentan problemas identificando los mejores conductores cuando
la flota de vehículos es variada y los conductores se mueven por rutas diversas.

General Objective

Desarrollar una metodología para describir adecuadamente patrones locales de manejo para que puedan ser
usados en:
Evaluar el desempeño energético y ambiental de vehículos automotores eléctricos y de combustible.
Evaluar el despeño de conductores en su habilidad de conducir usando la menor energía posible y
llevando el vehículo al destino especificado en el menor tiempo posible, satisfaciendo las normas de
seguridad vial establecidas.
Desarrollar estrategias de administración de la energía en la operación de vehículos y en especial de vehículos eléctricos.
Configurar el tren motriz que minimiza el consumo energético de vehículos y en especial de vehículos
eléctricos.

Specific Objectives

- Evaluar las alternativas existentes para describir patrones locales de conducción.
Describir metodologías actuales
Diseñar métricas de evaluación de las metodologías que tengan en cuenta el uso de los patrones de conducción.
- Diseñar una metodología para describir en forma adecuada los patrones locales de
conducción
Identificar alternativas para describir patrones de conducción explorando la
aplicabilidad de las diferentes herramientas matemáticas existentes de identificación
de patrones existentes para otras aplicaciones.
Seleccionar la alternativa que tenga mejor desempeño acorde a las métricas definidas en el
numeral anterior Verificar la aplicabilidad de la metodología seleccionada para cada una de las aplicaciones
usando datos experimentales disponibles en el grupo de Energía y Cambio Climático del
Tecnológico de Monterrey.
- Validar la metodología usando bases de datos de viajes monitoreados en ciudades
Latinoamérica
• Aplicar la metodología seleccionada a la descripción de los patrones de manejo a 4
ciudades en Latinoamérica
• Comparar los patrones de conducción de cada ciudad.
StatusActive
Effective start/end date11/04/221/12/23

UN Sustainable Development Goals

In 2015, UN member states agreed to 17 global Sustainable Development Goals (SDGs) to end poverty, protect the planet and ensure prosperity for all. This project contributes towards the following SDG(s):

  • SDG 11 - Sustainable Cities and Communities
  • SDG 13 - Climate Action

Research Areas UNAB

  • Diseño Mecatrónico, Biomédico y Robótica
  • Desarrollo sostenible

Status

  • In progress

Socioeconomic Objective

  • General advancement of knowledge - R&D funded by General University Funds (FGU).