Characterization of heavy duty engine fuel maps used for model based simulation tools

Characterization of fuel consumption is of critical importance for framing or modifying federal regulations for trucking industry. Due to its complexity, fuel consumption is often only known for a few test cycles which generally represent limited types of vehicle activity. It is known that vehicle fuel consumption strongly depends on the vehicle activity, chassis design and engine model year (MY), and hence poses a significant challenge while predicting fuel consumption of heavy-duty vehicles over real-world vehicle activity.;Upcoming Greenhouse Gas (GHG) regulation for 2017, engine manufacturers are required to assess heavy-duty engine fuel economy using vehicle simulation tools. With recent focus on fuel economy and GHG emissions, regulatory agencies are progressively relying on vehicle simulation tools that allow prediction of the fuel consumption for a variety of vehicles over different test cycles.;Autonomie simulation tool developed by Argonne National Laboratory was used in this study to predict the fuel consumption over different cycles and then the prediction of simulation tool was compared with chassis and engine dynamometer data to check the accuracy of the simulation tool.;Autonomie simulation results were compared with the chassis dynamometer test data and the results showed a 5.93% and 11.53% difference in engine work and brake-specific fuel consumption (bsfc) respectively. When Autonomie simulation results were compared with engine dynamometer test data, the difference in work done, integrated fuel consumption and bsfc were found to be 13.21%, 4.92%, and 8.32% respectively.;Autonomie generated fuel consumption simulation data was compared with a dynamic vehicle simulator, Greenhouse Gas Emissions Model (GEM). The method was able to predict ARB transient cycle within 10% error, with an absolute error of 6.38%

New Perspectives on Electric Vehicles

Modern transportation systems have adverse effects on the climate, emitting greenhouse gases and polluting the air. As such, new modes of non-polluting transportation, including electric vehicles and plug-in hybrids, are a major focus of current research and development. This book explores the future of transportation. It is divided into four sections: “Electric Vehicles Infrastructures,” “Architectures of the Electric Vehicles,” “Technologies of the Electric Vehicles,” and “Propulsion Systems.” The chapter authors share their research experience regarding the main barriers in electric vehicle implementation, their thoughts on electric vehicle modelling and control, and network communication challenges

A phase-by-phase upstream scheme that converges to the vanishing capillarity solution for countercurrent two-phase flow in two-rocks media

International audienceWe discuss the convergence of the upstream phase-by-phase scheme (or upstream mobility scheme) towards the vanishing capillarity solution for immiscible incompressible two-phase flows in porous media made of several rock types. Troubles in the convergence where recently pointed out in [S. Mishra & J. Jaffré, Comput. Geosci., 2010] and [S. Tveit & I. Aavatsmark, Comput. Geosci, 2012]. In this paper, we clarify the notion of vanishing capillarity solution, stressing the fact that the physically relevant notion of solution differs from the one inferred from the results of [E. F. Kaasschieter, Comput. Geosci., 1999]. In particular, we point out that the vanishing capillarity solution de- pends on the formally neglected capillary pressure curves, as it was recently proven in by the authors [B. Andreianov & C. Canc'es, Comput. Geosci., 2013]. Then, we propose a numerical procedure based on the hybridization of the interfaces that converges towards the vanishing capillarity solution. Numerical illustrations are provided

Swarm Intelligence

Swarm Intelligence has emerged as one of the most studied artificial intelligence branches during the last decade, constituting the fastest growing stream in the bio-inspired computation community. A clear trend can be deduced analyzing some of the most renowned scientific databases available, showing that the interest aroused by this branch has increased at a notable pace in the last years. This book describes the prominent theories and recent developments of Swarm Intelligence methods, and their application in all fields covered by engineering. This book unleashes a great opportunity for researchers, lecturers, and practitioners interested in Swarm Intelligence, optimization problems, and artificial intelligence

Speaker segmentation and clustering

This survey focuses on two challenging speech processing topics, namely: speaker segmentation and speaker clustering. Speaker segmentation aims at finding speaker change points in an audio stream, whereas speaker clustering aims at grouping speech segments based on speaker characteristics. Model-based, metric-based, and hybrid speaker segmentation algorithms are reviewed. Concerning speaker clustering, deterministic and probabilistic algorithms are examined. A comparative assessment of the reviewed algorithms is undertaken, the algorithm advantages and disadvantages are indicated, insight to the algorithms is offered, and deductions as well as recommendations are given. Rich transcription and movie analysis are candidate applications that benefit from combined speaker segmentation and clustering. © 2007 Elsevier B.V. All rights reserved

Macroscopic Traffic Model Validation of Large Networks and the Introduction of a Gradient Based Solver

Traffic models are important for the evaluation of various Intelligent Transport Systems and the development of new traffic infrastructure. In order for this to be done accurately and with confidence the correct parameter values of the model must be identified. The focus of this thesis is the identification and confirmation of these parameters, which is model validation. Validation is performed on two different models; the first-order CTM and the second-order METANET model. The CTM is validated for two UK sites of 7.8 and 21.9 km and METANET for the same two sites using a variety of meta-heuristic algorithms. This is done using a newly developed method to allow for the optimisation method to determine the number of parameters to be used and the spatial extent of their application. This allows for the removal of expert engineering knowledge and ad-hoc decomposition of networks. This thesis also develops a methodology by use of Automatic Differentiation to allow gradient based optimisation to be used. This approach successfully validated the METANET model for the 21.9 km site and also a large network surrounding the city of Manchester of 186.9 km. This proves that gradient based optimisation can be used for the macroscopic traffic model validation problem. In fact the performance of the developed gradient method is superior to the meta-heuristics tested for the same sites. The methodology defined also allows for more data to be obtained from the model such as its Jacobian and the sensitivity of the objective function being used relative to the individual parameters. Space-Time contour plots of this newly acquired data show structures and shock waves that are not visible in the mean speed contour diagrams

Dynamic OD matrix estimation exploiting ICT traffic measurements

Pla de Doctorats Industrials de la Generalitat de CatalunyaDuring the last decades, urban mobility has become the main concern for city councils and transportation operators. The main problem is the traffic congestion that easily appears in urban networks, producing negative economic impacts for the associated cost and, what is becoming more relevant from the sustainability point of view. In this context, the transportation operators and planners make use of traffic simulation models that assist their strategic decisions aiming at improving the mentioned problems. The dynamic OD matrices estimation problem is a crucial step in transportation modeling and simulation because they contain the total number of vehicles that are circulating throughout the city, including their origins, destinations, and their departing time and describe the associated mobility patterns in terms of trip distributions. As this information is not directly observable in reality, this problem has been widely studied and many different methodologies have been proposed in order to obtain the suitable OD matrices that reflect the urban mobility of the studied area. The common approach is to use the counting stations data sets to estimate, using a minimization problem, the OD matrices that produce them. This is called the bi-level optimization approach. However, the main problem of this approach is that it is mathematically underdetermined, because many different OD matrices can produce the same traffic counts on certain links of the urban network, but presenting totally different trip distributions that could not correspond to the socio-demographic structure originating them. In this thesis, we address the different studies measuring the structural similarity between the estimated OD matrix and the reliable OD matrices, which are the ground truth OD matrix in synthetic experiments or the historical OD matrix in the real ones. The appearance of new sources of traffic data from the growth of the information and communication technologies (ICT) appeals to the researchers to use it for reducing such underdetermination, adding it to the OD estimation problem. GPS devices are increasingly used by vehicles and a huge volume of data is generated every day that, implicitly, contains information of the traffic state under real conditions. These data can be analyzed and processed in order to clean, filter and extract this information and can be then introduced into the OD estimation problem. Most of the theoretical research since the ICT technologies are available assume implicitly or explicitly that GPS tracking data can be done through a controlled collection process. However, in the practical world, GPS data are supplied by companies that use different data collection policies and constraints imposed by privacy policies, which invalidate some of these theoretical hypotheses. One of the main research aspects of this thesis is to investigate how these commercial data can be used for the OD estimation problem. However, the introduction of such information in the bi-level optimization problem is not direct and many alternatives arise. This thesis proposes a data-driven estimation of the dynamic assignment matrix to introduce the GPS data information to an analytical model, reducing the underdetermination of the problem. Moreover, such estimation replaces the dynamic traffic assignment reducing also the computational effort of the OD estimation problem. As this thesis results from the collaboration between the simulation software company PTV Group and the Universitat Politècnica de Catalunya, all the experiments of this thesis have been carried out in PTV Visum and using the already existing products. Moreover, the results have been analyzed both from the computational performance and from the quality aspect.Durant les últimes dècades, les externalitats que es deriven de la mobilitat urbana han estat una de les principals preocupacions dels ajuntaments, gestors metropolitans i operadors de transport. El principal problema és la congestió, que fàcilment apareix en infraestructures urbanes i que impacta negativament en la nostra economia i, el que és més greu, en la sostenibilitat del planeta en que vivim. La contaminació i el soroll provocats per la congestió no només afecten nocivament a la qualitat de l’aire, sinó que també afecten la salut ciutadana i mediambiental. En aquest context, els operadors i planificadors de trànsit utilitzen models de planificació i simulació de trànsit que els aporten coneixement per dur a terme decisions estratègiques i operatives que mitiguin els problemes associats a la mobilitat urbana. El problema d’estimació de les matrius origen-destinació (OD) és un tema crucial en la modelització i simulació del trànsit. Aquestes contenen el nombre total de vehicles que circulen per la ciutat, incloent informació sobre els l’origen, destinació i temps de sortida de cadascun en un horitzó temporal. D’aquesta manera, la distribució de viatges definida en les matrius OD descriu el patró de mobilitat de la xarxa. No obstant això, aquesta informació no és directament observable en un cas pràctic real i, per aquest motiu, es tracta d’un problema profundament estudiat. S’han desenvolupat diferents metodologies que procuren obtenir matrius OD apropiades, és a dir, que reprodueixin correctament la mobilitat de la zona estudiada. L’enfoc més comú consisteix en usar dades recollides per sensors de trànsit que compten vehicles en certs punts de la xarxa per estimar les matrius OD mitjançant la resolució d’un problema de minimització. De tota manera, aquest problema complex és altament indeterminat i diferents matrius OD, que representen realitats sociodemogràfiques i patrons de mobilitat diferents, poden reproduir els mateixos comptatges de vehicles en les vies de la xarxa dotades de sensors. Per tant, moltes línies de recerca han usat diferents tipus de dades de transport addicionals, com ara velocitats mitjanes i densitats de flux, per reduir els graus de llibertat del problema. L’estructura d’una matriu OD descriu el nombre de viatges i la forma com es distribueixen espaialment en la xarxa urbana, des del seu origen a la seva destinació, traçant així el patró de mobilitat global de la xarxa d’estudi. Com que dues matrius OD poden generar els mateixos comptatges, és absolutament necessari fer un estudi exhaustiu de la similaritat de les seves estructures. En aquesta tesi, enfoquem les diferents propostes mesurant sempre el grau de similaritat estructural entre la matriu OD estimada i una matriu OD de referència, sent aquesta la matriu OD històrica en casos reals o la matriu fonamental en el cas dels experiments sintètics. L’aparició de noves fonts de dades de trànsit degut al creixement de les tecnologies de la informació i comunicació (TIC) obre noves línies de recerca adreçades a reduir la indeterminació del problema d’estimació de les matrius OD. L’ús d’aparells GPS en vehicles va en augment, fet que contribueix a la generació diària de grans volums de dades. Aquestes contenen, de manera implícita, informació de l’estat del trànsit en condicions reals. Mitjançant un procés de neteja, filtratge i extracció es pot derivar informació del trànsit per a després introduir-la al problema de l’estimació de matrius OD. El conjunt de dades GPS de tipus comercials no permet conèixer el procediment de recol·lecció de dades i, sovint, està subjectes a polítiques de protecció i privacitat que no permeten assumir certes hipòtesis de qualitat i control en relació als orígens i destinacions. En aquesta tesi, investiguem el valor que poden afegir aquests conjunts de dades comercials per a l’estimació de matrius OD. La introducció d’aquestes dades al problema d’optimització binivell no és directa i existeixen diverses alternatives. Els enfocs analítics no permeten introduir directament aquestes dades perquè la relació entres les dades GPS i els fluxos OD no és elemental. Per altra banda, la versatilitat dels mètodes de simulació-optimització permeten usar-los directament, però l’inconvenient és l’esforç computacional associat. Aquesta tesi proposa un model de la matriu dinàmica d’assignacions basat en dades (data-driven) per aprofitar la informació implícita de les dades GPS i reduir, així, la indeterminació del problema. A més, aquesta tècnica substitueix la necessitat de recórrer a un model de simulació y redueix l’esforç computacional del problema. Aquesta tesi és fruit de la col·laboració entre l’empresa de software de simulació PTV Group i la Universitat Politècnica de Catalunya. Tots els experiments d’aquesta tesi han estat implementats en PTV Visum i usant els productes existents. A més, els resultats de la tesi han estat sempre analitzats des d’una doble perspectiva: computacional i de la qualitat. Aquesta última té com a objectiu analitzar la matriu OD pel que fa a la seva similaritat estructural amb la matriu de referència.Durante las últimas décadas, las externalidades que se derivan de la movilidad urbana han sido una de las principales preocupaciones de los ayuntamientos, gestores metropolitanos, y operadores de tráfico. El principal problema es la congestión, que fácilmente aparece en infraestructuras urbanas y que impacta de forma negativa en nuestra economía y, lo que es más grave, en la sostenibilidad del planeta que habitamos. La contaminación y el ruido provocados por la congestión no solo afectan nocivamente a la calidad del aire, sino que también perjudican la salud ciudadana y medioambiental. En este contexto, los operadores y planificadores de transporte usan modelos de planificación y simulación de tráfico que les aportan conocimiento para tomar decisiones estratégicas y operativas que mitiguen los problemas asociados a la movilidad urbana. El problema de la estimación de las matrices origen-destino (OD) es un tema crucial en la modelización y simulación de tráfico. Éstas contienen el número total de vehículos que circulan por la ciudad, incluyendo información sobre el origen, destino y tiempo de salida de cada uno de los vehículos en un horizonte temporal. De esta manera, la distribución de viajes definida en las matrices OD describe el patrón de movilidad de la red. Aun así, esta información no es directamente observable en un caso práctico real y, por este motivo, se trata de un problema extensamente estudiado. Se han desarrollado diferentes metodologías con el fin de obtener las matrices OD más apropiadas, es decir, aquellas que reproducen adecuadamente la movilidad de la zona estudiada. El enfoque más común consiste en usar datos recogidos por sensores de tráfico que cuentan vehículos en ciertos puntos de la red para estimar las matrices OD mediante la resolución de un problema de minimización. Aun así, este complejo problema es altamente indeterminado y diferentes matrices OD, que representan realidades sociodemográficas y patrones de movilidad distintos, pueden reproducir los mismos conteos de vehículos en las vías de la red dotadas de sensores. Por consiguiente, muchas líneas de investigación han utilizado de forma adicional diferentes tipos de datos de tráfico, como velocidades medias y densidades de flujo, para reducir los grados de libertad del problema. La estructura de una matriz OD describe el número de viajes y la forma como se distribuyen espacialmente en la red urbana, desde su origen hasta su destino, trazando, así, el patrón de movilidad global de la red de estudio. Como dos matrices OD pueden reproducir los mismos conteos, es absolutamente necesario hacer un análisis exhaustivo de la similitud de sus estructuras. En esta tesis, abordamos las diferentes propuestas midiendo siempre el grado de similitud estructural entre la matriz OD estimada y una matriz OD de referencia, siendo ésta la matriz OD histórica en casos reales o la matriz fundamental en el caso de los experimentos sintéticos. La aparición de nuevas fuentes de datos de tráfico debido al crecimiento de las tecnologías de la información y comunicación (TIC) abre nuevas líneas de investigación dirigidas a reducir la indeterminación del problema de estimación de las matrices OD. El uso de aparatos GPS en vehículos va en aumento, hecho que contribuye a la generación diaria de grandes volúmenes de datos. Éstos contienen, de manera implícita, información del estado del tráfico en condiciones reales. Mediante un proceso de limpieza, filtrado, y extracción se puede derivar información del tráfico para luego introducirla en el problema de estimación de matrices OD. El conjunto de datos GPS de tipo comercial no permite conocer el procedimiento de recolecta de datos y, a menudo, está sujeto a políticas de protección y privacidad que no permiten asumir ciertas hipótesis de calidad y control en relación a los orígenes y destinos. En esta tesis, investigamos el valor que pueden añadir estos conjuntos de datos comerciales para la estimación de matrices OD. La introducción de estos datos en el problema de optimización binivel no es directa y existen diferentes alternativas. Los enfoques analíticos no permiten incorporar directamente estos datos puesto que la relación entre los datos GPS y los flujos OD no es elemental. Por otro lado, la versatilidad de los métodos de simulación-optimización permiten usarlos directamente, pero el inconveniente es el esfuerzo computacional asociado. Esta tesis propone un modelo de la matriz dinámica de asignaciones basado en datos (data-driven) para aprovechar la información implícita de los datos GPS y reducir, así, la indeterminación del problema de estimación. Además, esta técnica reemplaza la necesidad de recurrir a un modelo de simulación y reduce el esfuerzo computacional del problema. Esta tesis es fruto de la colaboración entre la empresa de software de simulación PTV Group y la Universitat Politècnica de Catalunya. Todos los experimentos de la tesis han sido implementados en PTV Visum y usando los productos existentes. Además, los resultados de la tesis han sido siempre analizados desde una doble perspectiva: computacional y de calidad. Esta última tiene como objetivo analizar la matriz OD estimada respeto la similitud estructural con la matriz de referencia..Postprint (published version

A unified methodology for the power efficiency analysis of physical systems

In this paper, the problem of power efficiency evaluation for ports physical systems is investigated. The efficiency analysis that we perform highlights the necessary and sufficient conditions for the system to be passive, and outlines the guidelines for the efficiency maps computation. After addressing the problem from a formal point of view, the analysis is deepened for the case of two-ports linear and nonlinear physical systems, and for the cases of three and four-ports linear systems. The efficiency analysis and the computation of the efficiency maps are addressed as a function of the power variables characterizing all the energetic ports of the considered systems. Furthermore, the salient properties of the efficiency are highlighted and discussed. The theoretical analysis which is developed is then applied to some physical systems of interest for industries and engineers working in the electromechanical, hydraulic and automotive fields: a DC electric motor driving an hydraulic pump for the two-ports systems class, a single-stage planetary gear set for the three-ports systems class, and a Ravigneaux planetary gear set for the four-ports systems class