Extending Behavioral Models to Generate Mission-Based Driving Cycles for Data-Driven Vehicle Development

Driving cycles are nowadays, to an increasing extent, used as input to model-based vehicle design and as training data for development of vehicle models and functions with machine learning algorithms. Recorded real driving data may underrepresent or even lack important characteristics, and therefore there is a need to complement driving cycles obtained from real driving data with synthetic data that exhibit various desired characteristics. In this paper, an efficient method for generation of mission-based driving cycles is developed for this purpose. It is based on available effective methods for traffic simulation and available maps to define driving missions. By comparing the traffic simulation results with real driving data, insufficiencies in the existing behavioral model in the utilized traffic simulation tool are identified. Based on these findings, four extensions to the behavioral model are suggested, staying within the same class of computational complexity so that it can still be used in a large scale. The evaluation results show significant improvements in the match between the data measured on the road and the outputs of the traffic simulation with the suggested extensions of the behavioral model. The achieved improvements can be observed with both visual inspection and objective measures. For instance, the 40% difference in the relative positive acceleration of the originally simulated driving cycle compared to real driving data was eliminated using the suggested model.Funding Agencies|Swedish Electro-mobility center</p

Desarrollo y validación de una metodología para la evaluación del desempeño ambiental del parque automotor liviano de Bogotá región a partir de ciclos típicos de conducción desarrollados por métodos estadísticos y de aprendizaje automático

165 páginasAir pollution in recent years has led to serious illnesses in humans, such as premature deaths, cardiovascular diseases, and lung cancer (World Health Organization, 2018). In 2013, the WHO (World Health Organization), along with the IARC (International Agency for Research on Cancer), established that air pollution is carcinogenic to humans. Bogotá is one of the cities with larger levels of emissions, which has exceeded recommended levels for particulate matter smaller than 10 micrometers (PM10) since 1998 (Observatorio ambiental de Bogotá, 2022). While this indicator has been under control on an annual average since 2012, there are still high levels in certain sectors of the city (Observatorio Ambiental de Bogotá, 2022) compared to the limits set by Resolution 2254 of 2017 (Ministerio de ambiente y desarrollo sostenible, 2018).La contaminación del aire ha producido en los últimos años graves enfermedades en los seres humanos, tales como: muertes prematuras, enfermedades cardiovasculares y cáncer de pulmón (World Health Organization, 2018). En el año 2013, la OMS (Organización Mundial de la Salud) junto con la IARC (World Health Organization Internacional Agency for Research on cancer), establecieron que la contaminación del aire es cancerígena para los seres humanos. Bogotá es una de la ciudades donde se presenta contaminación del aire, la cual desde el año 1998 excedió los niveles recomendados para el material particulado menor a 10 micrómetros (PM10)(Observatorio ambiental de Bogotá, 2022), controlando este indicador desde el año 2012 en promedio anual, pero mostrando altos índices para algunos sectores de la ciudad (Observatorio Ambiental de Bogotá, 2022) en comparación a los límites establecidos por la resolución 2254 del 2017 (Ministerio de ambiente y desarrollo sostenible, 2018).Maestría en Diseño y Gestión de ProcesosMagíster en Diseño y Gestión de Proceso

Aportaciones al dimensionamiento y gestión de energía de un tren de potencia eléctrico híbrido para vehículos industriales con ciclos de conducción repetitivos y agresivos

Currently, the interest for helping mitigate the emission of greenhouse gases caused by high fuel consumption in industrial vehicles has increased. In order to the reduction of fuel consumption in an industrial vehicle, it has been proposed to incorporate into the powertrain a system capable of storing and supplying electrical energy. Consequently, the design of a hybrid electric powertrain is required, based on the interconnection of the elements (topology), the sizing of the elements and/or the energy management strategy of the powertrain. This paper presents a methodology for the design of a hybrid electric vehicle for refuse collection, which presents a repetitive and aggressive drive cycle as a result of work activity. The proposed methodology consists in modeling the behavior of a hybrid electric powertrain, considering the electrical behavior of various energy accumulation elements (batteries and supercapacitors). An embedded system is used to perform the experimental characterization of a cell and a commercial supercapacitor, in order to approximate the behavior through an electric model. In accordance with a real drive cycle of a refuse collection vehicle, the energy demand for a hybrid electric refuse collection vehicle is determined. On the other hand, the fuel consumption is calculated from a hybrid electric powertrain that integrates an energy storage system or a hybrid energy storage system. A bio-inspired metaheuristic based on a stochastic population (particle swarm optimization and genetic algorithm) is developed, in order to determine an optimal solutions space. Subsequently, the optimal sizing of an energy storage system (batteries) and a hybrid energy storage system (batteries and supercapacitors) is performed, considering different mono-objective and multi-objective optimization problems. Based on the results of each optimization problem, a comparative analysis is carried out with an element of commercial accumulation. Considering a hybrid electric powertrain that integrates a hybrid energy storage system (batteries and supercapacitors), an energy management strategy based on fuzzy logic is developed. This includes the identification of the vehicle status from a real drive cycle. Finally, the validation of the energy management strategy is carried out through the model of a hybrid electric vehicle for refuse collection.Actualmente, se ha incrementado el interés por mitigar la emisión de gases de efecto invernadero que se produce por un elevado consumo de combustible en vehículos industriales. Con la intención de contribuir en la reducción del consumo de combustible de un vehículo industrial, se ha propuesto incorporar al tren de potencia un sistema capaz de almacenar y suministrar energía eléctrica. En consecuencia, surge la necesidad de realizar el diseño de un tren de potencia eléctrico híbrido, a partir de la interconexión de los elementos (topología), el dimensionamiento de los elementos y/o la estrategia de gestión de energía del tren de potencia. En el presente trabajo se presenta una metodología para realizar el diseño de un vehículo eléctrico híbrido de recolección de basura, que presenta un ciclo de conducción repetitivo y agresivo como resultado de la actividad laboral. La metodología propuesta consiste en modelar el comportamiento de un tren de potencia eléctrico híbrido, considerando el comportamiento eléctrico de diversos elementos de acumulación de energía híbrido (baterías y supercapacitores). Se emplea un sistema embebido para realizar la caracterización experimental de una celda y un supercapacitor comercial, con el propósito de aproximar el comportamiento a través de un modelo eléctrico. En función de un ciclo de conducción real de un vehículo de recolección de basura se determina la demanda de energía para un vehículo eléctrico híbrido de recolección de basura. Por otra parte, se calcula el consumo de combustible a partir de un tren de potencia eléctrico híbrido que integra un sistema de almacenamiento de energía o un sistema de almacenamiento de energía híbrido. Se desarrolla una metaheurística bio-inspirada basada en una población estocástica) para determinar un espacio de soluciones óptimas. Posteriormente, se realiza el dimensionamiento óptimo de un sistema de almacenamiento de energía (baterías) y un sistema de almacenamiento de energía híbrido (baterías y supercapacitores), considerando diferentes problemas de optimización mono-objetivo y multi-objetivo. Con base en los resultados de cada problema de optimización, se procede a realizar un análisis comparativo con un elemento de acumulación comercial. Considerando un tren de potencia eléctrico híbrido que integra un sistema de almacenamiento de energía híbrido (baterías y supercapacitores), se desarrolla una estrategia de gestión de energía basada en lógica difusa, que incluye la identificación del estado del vehículo a partir de un ciclo de conducción real. Finalmente, se realiza la validación de la estrategia de gestión de energía a través del modelo de un vehículo eléctrico híbrido de recolección de basura.Postprint (published version

Aportaciones al dimensionamiento y gestión de energía de un tren de potencia eléctrico híbrido para vehículos industriales con ciclos de conducción repetitivos y agresivos

Currently, the interest for helping mitigate the emission of greenhouse gases caused by high fuel consumption in industrial vehicles has increased. In order to the reduction of fuel consumption in an industrial vehicle, it has been proposed to incorporate into the powertrain a system capable of storing and supplying electrical energy. Consequently, the design of a hybrid electric powertrain is required, based on the interconnection of the elements (topology), the sizing of the elements and/or the energy management strategy of the powertrain. This paper presents a methodology for the design of a hybrid electric vehicle for refuse collection, which presents a repetitive and aggressive drive cycle as a result of work activity. The proposed methodology consists in modeling the behavior of a hybrid electric powertrain, considering the electrical behavior of various energy accumulation elements (batteries and supercapacitors). An embedded system is used to perform the experimental characterization of a cell and a commercial supercapacitor, in order to approximate the behavior through an electric model. In accordance with a real drive cycle of a refuse collection vehicle, the energy demand for a hybrid electric refuse collection vehicle is determined. On the other hand, the fuel consumption is calculated from a hybrid electric powertrain that integrates an energy storage system or a hybrid energy storage system. A bio-inspired metaheuristic based on a stochastic population (particle swarm optimization and genetic algorithm) is developed, in order to determine an optimal solutions space. Subsequently, the optimal sizing of an energy storage system (batteries) and a hybrid energy storage system (batteries and supercapacitors) is performed, considering different mono-objective and multi-objective optimization problems. Based on the results of each optimization problem, a comparative analysis is carried out with an element of commercial accumulation. Considering a hybrid electric powertrain that integrates a hybrid energy storage system (batteries and supercapacitors), an energy management strategy based on fuzzy logic is developed. This includes the identification of the vehicle status from a real drive cycle. Finally, the validation of the energy management strategy is carried out through the model of a hybrid electric vehicle for refuse collection.Actualmente, se ha incrementado el interés por mitigar la emisión de gases de efecto invernadero que se produce por un elevado consumo de combustible en vehículos industriales. Con la intención de contribuir en la reducción del consumo de combustible de un vehículo industrial, se ha propuesto incorporar al tren de potencia un sistema capaz de almacenar y suministrar energía eléctrica. En consecuencia, surge la necesidad de realizar el diseño de un tren de potencia eléctrico híbrido, a partir de la interconexión de los elementos (topología), el dimensionamiento de los elementos y/o la estrategia de gestión de energía del tren de potencia. En el presente trabajo se presenta una metodología para realizar el diseño de un vehículo eléctrico híbrido de recolección de basura, que presenta un ciclo de conducción repetitivo y agresivo como resultado de la actividad laboral. La metodología propuesta consiste en modelar el comportamiento de un tren de potencia eléctrico híbrido, considerando el comportamiento eléctrico de diversos elementos de acumulación de energía híbrido (baterías y supercapacitores). Se emplea un sistema embebido para realizar la caracterización experimental de una celda y un supercapacitor comercial, con el propósito de aproximar el comportamiento a través de un modelo eléctrico. En función de un ciclo de conducción real de un vehículo de recolección de basura se determina la demanda de energía para un vehículo eléctrico híbrido de recolección de basura. Por otra parte, se calcula el consumo de combustible a partir de un tren de potencia eléctrico híbrido que integra un sistema de almacenamiento de energía o un sistema de almacenamiento de energía híbrido. Se desarrolla una metaheurística bio-inspirada basada en una población estocástica) para determinar un espacio de soluciones óptimas. Posteriormente, se realiza el dimensionamiento óptimo de un sistema de almacenamiento de energía (baterías) y un sistema de almacenamiento de energía híbrido (baterías y supercapacitores), considerando diferentes problemas de optimización mono-objetivo y multi-objetivo. Con base en los resultados de cada problema de optimización, se procede a realizar un análisis comparativo con un elemento de acumulación comercial. Considerando un tren de potencia eléctrico híbrido que integra un sistema de almacenamiento de energía híbrido (baterías y supercapacitores), se desarrolla una estrategia de gestión de energía basada en lógica difusa, que incluye la identificación del estado del vehículo a partir de un ciclo de conducción real. Finalmente, se realiza la validación de la estrategia de gestión de energía a través del modelo de un vehículo eléctrico híbrido de recolección de basura