Designing a fleet of Shared Autonomous Electric Vehicles and its charging stations through simulation

Abstract

Os veículos autónomos são o futuro da mobilidade automóvel, com a tecnologia de mobilidade autónoma sendo já uma realidade. A era dos carros autónomos está a chegar e a transição de condutores humanos para condutores robôs irá se iniciar em breve, sendo, por isso, importante a preparação para essa transição. Esta preparação é feita de várias formas e em diversas áreas. Neste trabalho, o foco não foi na tecnologia automóvel, nem em legislação e questões éticas, mas sim, no estudo da mobilidade de uma frota de veículos autónomos elétricos partilhados (conhecidos popularmente em inglês como “shared autonomous electric vehicles” ou “SAEV”), numa região específica e na sua respectiva rede rodoviária. Mais especificamente, em conceber e simular um hipotético e futuro sistema de transporte para a Região de Coimbra (NUTS III), em Portugal. Há três características base para este sistema de transporte: automação, boleia partilhada (conhecido popularmente em inglês como “ridesharing”) e energia elétrica. Foi desenvolvida uma metodologia para conceber um sistema SAEV e os seus respectivos componentes, usando simulação. O procedimento geral do modelo, o desenvolvimento do modelo e a análise pós-simulação foram descritos. A metodologia inclui um modelo de simulação baseado em agentes, com zonas, viajantes e veículos como agentes, permitindo que estes interajam, sendo esta interação baseada em dados de entrada e certos parâmetros definidos. O modelo de simulação baseado em agentes (“agent-based model simulation” ou “ABM” em inglês) foi desenvolvido para realizar o estudo de mobilidade. Foram testados diferentes tempos máximos de espera para verificar como variava o tamanho da frota de veículos. Adicionalmente, o carregamento dos veículos foi estudado em termos de quantidade e localização. Os resultados obtidos apresentam uma redução de curva logarítmica no tamanho da frota de veículos, à medida que o tempo máximo de espera aumenta.

Autonomous vehicles are the future of car mobility and the technology is already up and running presently. The era of self-driving cars is upon us and the transition from human drivers to robot drivers will happen sooner rather than later, and it is, therefore, important to prepare for it. This preparation comes in many forms and is done in many different areas. This work did not focus on vehicle technology nor on legislation and ethical questions, but rather on studying the mobility of a fleet of shared autonomous electric vehicles (SAEV) in a region and its respective road network. In particular, designing and simulating a hypothetical future transport service for the Region of Coimbra (NUTS III), in Portugal. The characteristics of this transport system are threefold: automation, ridesharing and electric power. A methodology was developed to design an SAEV system and its components using simulation. The general model procedure, model development and post-simulation analysis were described. The methodology includes an agent-based simulation model with zones, travelers and vehicles as agents, allowing for them to interact based on input data and defined parameters. The agent-based simulation model was developed to carry out this mobility study. Different maximum waiting times were tested, to verify how the vehicle fleet size varied. In addition, vehicle charging was studied in terms of quantity and location distribution. The obtained results show a logarithmic decrease in the vehicle fleet size, as maximum waiting time is increased.