[論文レビュー] Simulation-Based Impact of Connected Vehicles in Platooning Mode on Travel Time, Emissions and Fuel Consumption

Aso Validi, Cristina Olaverri-Monreal|arXiv (Cornell University)|May 23, 2021

Vehicle emissions and performance参考文献 18被引用数 10

ひとこと要約

本研究では、オーストリア上部地方の実際の配送トラップデータを用いて、カスタマイズされた3DCoAutoSim/SUMOシミュレーションプラットフォームを用い、連結車両のプラトー二ングが走行時間、排出ガス、燃料消費に与える影響を評価した。結果として、非連結走行に比べ、燃料消費は28.25%削減され、排出ガス総量は18.1%低減され、走行時間は22.4%短縮された。

ABSTRACT

Several approaches have been presented during the last decades to reduce carbon pollution from transportation. One example is the use of platooning mode. This paper considers data obtained from daily trips to investigate the impact of platooning on travel time, emissions of CO2, CO, NO2 and HC and fuel consumption on a road network in Upper Austria. For this purpose, we studied fuel combustion-based engines relying on the extension of the 3DCoAutoSim simulation platform. The obtained results showed that the platooning mode not only increased driving efficiency but also decreased the total emissions by reducing fuel consumption.

研究の動機と目的

• 実際の都市部配送シナリオにおける車両プラトー二ングが走行時間、燃料消費、排出ガスに与える影響を評価すること。
• 車両間の接続性および協調走行が、貨物物流における効率性の向上と環境への影響低減にどのように寄与するかを評価すること。
• 3DCoAutoSim、SUMO、TraCIを統合したシミュレーションフレームワークが、実際の道路網におけるプラトー二ングをモデル化する上で有効であることを検証すること。
• プラトー二ング走行と従来の走行モードとの比較において、CO2、NOx、CO、HC排出ガスおよび燃料消費の低減を定量すること。
• 都市部配送用のフリートにとって低排出、燃料効率の高いソリューションとしてのプラトー二ングの実現可能性を示すことで、持続可能な輸送物流を支援すること。

提案手法

• Veins/OMNeT++用のPLEXE拡張機能を用いて、3DCoAutoSimシミュレーションプラットフォームにV2V通信およびプラトー二ング機能を拡張した。
• TraCIを介してSUMOのマイクロスコピック交通シミュレータと統合し、交通モデルと車両動力学モデル間でのリアルタイムデータ交換を可能にした。
• オーストリア上部地方のバイオプロダクト物流における実際の日次配送トラップデータを用い、出発地・目的地マトリクスおよびルートプロファイルを定義した。
• 2つのシナリオをシミュレートした：(1) 個別走行行動をとる非連結車両、(2) 協調適応クルーズコントロール（CACC）を用いたプラトー二ング走行の連結車両。
• HBEFA3排出ガスモデルを適用し、速度、加速度、燃料消費プロファイルに基づいてCO2、NOx、CO、HC排出ガスを計算した。
• TraCIを介したTCPベースのクライアント/サーバーアーキテクチャを採用し、3DCoAutoSimとSUMO間で車両の移動と交通状況を同期した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 混在交通と変動速度制限を伴う都市部配送ルートにおいて、プラトー二ングは走行時間にどのように影響を与えるか？
• RQ2 配送バンにおけるプラトー二ングは、従来走行に比べて燃料消費をどの程度低減するか？
• RQ3 実際の配送作業におけるCO2、NOx、CO、HC排出ガスの累積排出量に、プラトー二ングはどのような影響を与えるか？
• RQ4 速度および加速度のばらつきは、連結走行と非連結走行の両モードにおいて、排出ガスと燃料消費にどのように影響を与えるか？
• RQ5 3DCoAutoSim、SUMO、TraCIを統合したシミュレーションフレームワークは、プラトー二ングの環境的および運用的利点を正確にモデル化できるか？

主な発見

• プラトー二ング走行時、走行時間が22.4%短縮され、連結バンは非連結シナリオの1385秒に対して1075秒でルートを完了した。
• プラトー二ング走行時、燃料消費が28.25%削減され、全バンの累積燃料消費は1秒あたり2.301 mlから1.651 mlに低下した。
• プラトー二ング走行時、排出ガス総量が18.1%低減され、全汚染物質の累積排出量は1秒あたり5685.99 mgから4647.57 mgに減少した。
• プラトー二ング走行時、1秒あたりのCO2排出量は1547.34 mg/sであり、非連結走行時の1891.07 mg/sよりも顕著に低く、速度の安定化と加速度の低減によるものであった。
• 最も顕著な排出ガス低減が観察されたのはCO（56.3%の低減）とNOx（50.4%の低減）であり、CO2およびHCについても顕著な低減が見られた。
• プラトー二ングは速度を19.8 m/s（71.28 km/h）に安定化させ、加速度のばらつきを2.2–2.4 m/s²に抑えることで、滑らかでより効率的な走行パターンを実現した。