Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Fuel-Efficient Heavy-Duty Vehicle Platoon Formation
KTH, School of Electrical Engineering (EES), Automatic Control.ORCID iD: 0000-0001-5107-2942
2016 (English)Doctoral thesis, monograph (Other academic)
Abstract [en]

There is a need for intelligent freight transport solutions as the demand for road freight transport is continuously increasing while carbon footprint needs to be significantly reduced. Heavy-duty vehicle (HDV) platooning is one potential solution to partially mitigate the environmental impacts as well as to reduce fuel consumption, improve traffic safety, and increase traffic throughput on congested highways. However, as each goods transport has different origin, destination, and time restriction, it is not evident how the HDVs, carrying the goods, can fully utilize the platooning benefits during individual transport missions. Thus, there is a need to systematically coordinate scattered vehicles on the road to form platoons in order to maximize the benefits of platooning. 

 

This thesis addresses the problem of merging scattered HDVs to form platoons in traffic. The first contribution of the thesis is the investigation of how and when a pair of HDVs should form platoons given their positions, speeds, and destinations. We formulate the problem as an optimization problem and we derive a break-even ratio that describes how far a vehicle should check for possible vehicles to platoon with. The second contribution is to consider traffic during the merging maneuver when forming a platoon. Traffic may disturb and delay when the two HDVs will form a platoon and such delay leads to less fuel saved than initially planned. Based on shockwave and moving bottleneck theories, we derive a merge distance predictor that calculates where the HDVs will merge depending on the traffic condition. We first validate this in a microscopic traffic simulation tool. Then, we also conduct an experimental study during one month on a public highway between Stockholm and Södertälje to evaluate the merging maneuver with different traffic densities. Lastly, we use vehicle probe data obtained from a fleet management system to investigate the potential fuel savings from coordination in a larger road network. The number of vehicles platooning can be increased significantly through coordination compared to today. 

 

The main result of this thesis indicates that merging HDVs to form platoons leads to great fuel savings and that there are significant potentials to do so in reality. Traffic needs to be considered in order to guarantee that the HDVs save fuel and deliver the goods in time. Furthermore, the earlier the transport assignment is planned ahead of time, the more opportunities there are to collaborate with other fleet owners to reduce the fuel consumption. 

Abstract [sv]

Det finns behov av intelligenta godstransportlösningar då efterfrågan av godstransporter ständig ökar samtidigt som koldioxidutsläppen måste minskas. Fordonståg (även kallat kolonnkörning eller på engelska platooning) är en möjlig lösning för att delvis minska på miljöpåverkan, samtidigt som det minskar på bränsleförbrukningen, ökar trafiksäkerheten och förbättrar trafikflödet. Då många godstransporter har olika start- och slutdestinationer och tidsfrister, är det inte självklart hur man ska bilda fordonståg och utnyttja konceptet fullt ut. Det behövs en systematisk metod att koordinera utspridda fordon för att forma fordonståg för att kunna utnyttja det till fullo.

I denna avhandling studeras problemet att koordinera utspridda lastbilar för att bilda fordonståg i trafiken. Fokuset på avhandlingen är att undersöka bränsleeffektiva koordineringsstrategier där alla lastbilar medverkar och hjälper till att forma fordonståg när de redan kör på vägen. En lastbil som kör snabbare för att köra ikapp förbrukar mer bränsle, men den förlusten kan återfås om man kör i fordonståg tillräckligt länge. En lastbil har också möjligheten att sakta ner för att låta de bakre lastbilarna köra ikapp, men då förlorar den transporttid vilket måste kompenseras genom att köra gemensamt snabbare när fordonståget bildas eller efter att fordonståget splittras då lastbilen kör ensam. Dessutom finns det andra trafikanter som kan påverka koordineringen i form av förseningar.

Det första bidraget av avhandlingen är en undersökning om hur och när två lastbilar ska forma fordonståg med avseende på deras positioner, hastigheter och destinationer. Problemet är formulerat som ett optimeringsproblem och vi introducerar en brytpunkt som beskriver inom vilket avstånd ett fordon ska se för att hitta möjliga kandidater att köra i fordonståg med. Det andra bidraget är att undersöka hur trafiken påverkar koordineringen av lastbilarna. Trafiken kan störa och även försena de två lastbilar som försöker bilda ett fordonståg, vilket innebär en minde bränslebesparing än planerat. Vi tar fram en modell för att prediktera när fordonståg kommer att bildas där metoden bygger på fundamentaldiagram och chockvågsteorier. Vi validerar modellen med hjälp av en mikroskopisk trafiksimuleringsmodell. Vi utför även experiment under en månadsperiod på motorvägen mellan Stockholm och Södertälje för att utvärdera sammanslagningen under olika trafikförhållanden. Till sist använder vi positionsdata från ett fleet managementsystem för att undersöka den potentiella bränslebesparingen genom koordinering i ett störrre vägnätverk. Antalet lastbilar som kör i fordonståg kan öka drastiskt genom koordinering jämfört med nuläget.

Slutsatsen av avhandlingen är att koordinering av lastbilar för att bilda fordonståg leder till stora bränslebesparingar och att det finns möjligheter att genomföra det i praktiken. Det viktiga är att betrakta trafiken för att garantera att lastbilarna sparar bränsle samt att godsen levereras i tid. Dessutom, ju tidigare man planerar sina transporter, desto mera möjligheter finns det att samarbeta med andra åkerier för att minska på bränsleförbrukningen. 

Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2016. , 136 p.
Series
TRITA-EE, ISSN 1653-5146 ; 2016:068
National Category
Control Engineering
Research subject
Electrical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-187350ISBN: 978-91-7729-004-9 (print)OAI: oai:DiVA.org:kth-187350DiVA: diva2:929897
Public defence
2016-06-10, Q2, Osquldas väg 10, Stockholm, 14:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note

QC 20160520

Available from: 2016-05-20 Created: 2016-05-20 Last updated: 2016-05-23Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(22219 kB)180 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 22219 kBChecksum SHA-512
2b0320af8791903f517c2dbbff4adb79f2a075c99e09da48b806b8b34c52651660e8ff3d74daa7d0e9c0dade39775493b37b4b0f74881ee8e4973acd46014ead
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Liang, Kuo-Yun
By organisation
Automatic Control
Control Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 180 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 1425 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf