Changes in air pollutant emissions from road vehicles due to autonomous driving technology: A conceptual modeling approach

The autonomous vehicles (AVs) could make a positive or negative impact on reducing mobile emissions. This study investigated the changes of mobile emissions that could be caused by large-scale adoption of AVs. The factors of road capacity increase and speed limit increase impacts were simulated using a conceptual modeling approach that combines a hypothetical speed-emission function and a traffic demand model using a virtual transportation network. The simulation results show that road capacity increase impact is significant in decreasing mobile emissions until the market share of AVs is less than 80%. If the road capacity increases by 100%, the mobile emissions will decrease by about 30%. On the other hand, driving speed limit increase impact is significant in increasing mobile emissions, and the environmentally desirable speed limit was found at around 95 km/h. If the speed limit increases to 140 km/h, the mobile emissions will increase by about 25%. This is because some vehicles begin to bypass the congested routes at high speeds as speed limit increases. Based on the simulation results, it is clear that the vehicle platooning technology implemented at reasonable speed limit is one of the AV technologies that are encouraging from the environmental point of view

Productivity and flexibility improvement of assembly lines for high-mix low-volume production. A white goods industry case

Las tendencias globales de la personalización e individualización en masa impulsan la producción industrial en serie corta y variada; y por tanto una gran variedad de productos en pequeñas cantidades. Por ello, la customización en masa precisa de sistemas de ensamblaje que sean a la vez altamente productivos y flexibles, a diferencia de la tradicional oposición entre ambas características. La llamada cuarta revolución industrial trae diversas tecnologías habilitadoras que podrían ser útiles para abordar este problema. Sin embargo, las metodologías para implementar el ensamblaje 4.0 todavía no han sido resueltas. De hecho, para aprovechar todas las ventajas potenciales de la Industria 4.0, es necesario contar con un nivel previo de excelencia operacional y un análisis holístico de los sistemas productivos. Esta tesis tiene como objetivo entender y definir cómo mejorar la productividad y la flexibilidad de las operaciones de montaje en serie corta y variada.Esta meta se ha dividido en tres objetivos. El primer objetivo consiste en comprender las relaciones entre la Industria 4.0 y las operaciones de ensamblaje, así como sus implicaciones para los operarios. El segundo objetivo consiste en desarrollar una metodología y las herramientas necesarias para evaluar el rendimiento de diferentes configuraciones de cadenas de ensamblaje. El último objetivo consiste en el diseño de sistemas de ensamblaje que permitan incrementar su productividad al menos un 25 %, produciendo en serie corta y variada, mediante la combinación de puestos de montaje manual y estaciones automatizadas.Para abordar la fase de comprensión y definición del problema, se llevó a cabo una revisión bibliográfica sistemática y se desarrolló un marco conceptual para el Ensamblaje 4.0. Se desarrollaron, verificaron y validaron dos herramientas de evaluación del rendimiento: un modelo matemático analítico y varios modelos de simulación por eventos discretos. Para la verificación, y como punto de partida para los análisis, se ha utilizado un caso de estudio industrial de un fabricante global de electrodomésticos. Se han empleado múltiples escenarios de simulación y técnicas de diseño de experimentos para investigar tres cuestiones clave.En primer lugar, se identificaron los factores más críticos para el rendimiento de líneas de montaje manuales multi-modelo. En segundo lugar, se analizó el rendimiento de líneas de montaje semiautomáticas paralelas con operarios móviles en comparación con líneas semiautomáticas o manuales con operarios fijos, empleando diversos escenarios de demanda en serie corta y variada. Por último, se investigó el uso de trenes milkrun para la logística interna de líneas de ensamblaje multi-modelo bajo la influencia de perturbaciones.Los resultados de las simulaciones muestran que las líneas paralelas con operarios móviles pueden superar a las de operarios fijos en cualquier escenario de demanda, alcanzando como mínimo el objetivo de mejorar la productividad en un 25% o más. También permiten reducir cómodamente el número de operarios trabajando en la línea sin afectar negativamente al equilibrado de la misma, posibilitando la producción eficiente de bajo volumen. Los resultados de las simulaciones de logística interna indican que los milkrun pueden proteger las líneas de ensamblaje de las perturbaciones originadas en procesos aguas arriba.Futuras líneas de investigación en base a los resultados obtenidos en esta tesis podrían incluir la expansión e integración de los modelos de simulación actuales para analizar las cadenas de montaje paralelas con operarios móviles incorporando logística, averías y mantenimiento, problemas de control de calidad y políticas de gestión de los retrabajos. Otra línea podría ser el uso de diferentes herramienta para el análisis del desempeño como, por ejemplo, técnicas de programación de la producción que permitan evaluar el desempeño operacional de diferentes configuraciones de cadenas de montaje con operarios móviles, tanto en términos de automatización como de organización en planta. Podrían incorporarse tecnologías de la Industria 4.0 a los modelos de simulación para evaluar su impacto operacional global ¿como cobots para ensamblaje o para la manipulación de materiales, realidad aumentada para el apoyo cognitivo a los operarios, o AGVs para la conducciónde los trenes milkrun. Por último, el trabajo presentado en esta tesis acerca las líneas de ensamblaje semiautomáticas con operarios móviles a su implementación industrial.<br /

Attention and Task Engagement During Automated Driving

Many young drivers suffer fatal crashes each year in the United States at a rate approximately three times greater than more experienced drivers. Automated driving systems may serve to mitigate young drivers high crash rates but remain underexplored in research. This dissertation project examined the effects of levels of automation and interestingness of auditory clips on latent hazard anticipation in young drivers during simulated driving. Participants drove a vehicle at varying levels of vehicle automation (SAE Level 0, 2, or 3) in simulated scenarios, each containing a latent hazard event during which a boring, neutral, or interesting auditory clip was played. After completing all scenarios, participants completed an auditory stimuli recognition test and a questionnaire measuring the drivers’ calibration of their LHA performance. Results demonstrated that those in the L3 condition anticipated significantly fewer hazards than those in the L0 condition, corroborating previous research (Samuels et al., 2020). However, those in the L3 condition were also significantly poorer at anticipating latent hazards than those in the L2 condition, suggesting the importance of instruction on a drivers’ attentional allocation policy. A tradeoff was found between latent hazard anticipation and auditory recognition scores indicating the allocation of limited attentional resources as predicted by the Yamani and Horrey (2018) model. Interestingness of auditory stimuli had little to no effect on latent hazard anticipation. In general, automation may improve the multitasking ability of a young driver piloting L2 automation, but this benefit is lost for drivers of L3 automation. Instead, young drivers piloting L3 automation may anticipate latent hazards at rates as low as those observed in newly licensed drivers, and may be completely unaware of their failure to anticipate such hazards. The current research illustrates the criticality of user guidance when handling automated driving systems and serves as one step towards understanding the complex relationship between human drivers and automated systems

Advisory Safety System for Autonomous Vehicles under Sun-glare

Autonomous Vehicles (AVs) are expected to provide a large number of benefits such as improving comfort, vehicle safety and traffic flow. AVs use various sensors and control systems to empower driver’s decision-making under uncertainties as well as, assist the driving task under adverse conditions such as vision impairment. Excessive sunlight has been recognized as the primary source of the reduction in vision performance during daytime. Sun glare oftentimes leads to an impaired visibility for drivers and has been studied from different aspects on roadways. However, there is a lack of knowledge regarding the potential detrimental effects of natural light brightness differential, particularly sun glare on driving behavior and its possible risks. This dissertation addresses this issue by developing an integrated vehicle safety methodology as an advisory system for safe driving under sun glare. The main contribution of this research is to establish a real-time detection of the vision impairment area on roadways. This study also proposes a Collision Avoidance System Under Sun-glare (CASUS) in which upcoming possible vision impairment is detected, a warning message is sent, and the speed of vehicle is adjusted accordingly. In this context, real-world data is used to calibrate a psychophysical car-following model within VISSIM, a traffic microscopic simulation tool. Traffic safety impacts are explored through the number of conflicts extracted from the microsimulation tool and assessed by the time-to-collision indicator. Conventional/human-driven vehicles and different type of AVs are modeled for a straight segment of the TransCanada highway under various AVs penetration rates. The findings revealed a significant reduction in potential collisions due to adjustment of travel speed of AVs under the sun glare. The results also indicated that applying CASUS to the AVs with a failing sensory system improves traffic safety by providing optimal-safe speeds. Furthermore, the CASUS algorithm has the potential to be integrated into driving simulators or real vehicles to further evaluate and examine its benefits under different vision impairment scenarios

Autonomous vehicles: From vehicular control to traffic control

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