Um método biobjetivo de alocação de tráfego para veículos convencionais e elétricos

Abstract

A busca de soluções para a mobilidade urbana que minimizem a agressão do setor de tráfego e transportes ao meio ambiente está cada vez maior. Os veículos elétricos se posicionam como uma alternativa interessante, pois reduzem a emissão de gases poluentes na atmosfera, a poluição sonora e o consumo de petróleo. No entanto, sua limitada autonomia e a escassez de postos de recarga intimidam sua adoção. Por conta disso, políticas governamentais de incentivo têm sido desenvolvidas para a oferta de benefícios a quem optar por um veículo elétrico. Estima-se que dentro de poucas décadas toda a frota urbana será substituída por veículos dessa natureza. Por isso, é importante entender as mudanças no tempo de viagem e no consumo de energia oriundos da inclusão de veículos elétricos em cenários de tráfego. Trabalhos anteriores estudaram as diferenças entre os mecanismos internos de veículos convencionais e elétricos na determinação destas mudanças. Porém, dadas as características destes últimos, motoristas de veículos elétricos se preocupam com a economia de energia e podem optar por rotas diferentes. Logo, uma análise completa destes impactos deve considerar uma nova distribuição de tráfego. Este trabalho propõe um método biobjetivo de alocação de tráfego que considera o tempo de viagem e o consumo de energia para determinar a distribuição de veículos elétricos em cenários de tráfego urbano. Duas estratégias de distribuição de fluxo são propostas como mecanismos de escolha de rotas. Como parte da alocação de tráfego, é proposto um algoritmo biobjetivo de caminhos mínimos para veículos elétricos. A abordagem apresentada foi aplicada a três cenários distintos, onde percebeu-se uma diminuição de até 80% no consumo total de energia. Em cenários com congestionamento, observou-se um aumento de 10% no tempo de viagem. Já em cenários sem congestionamento o tempo de viagem diminuiu cerca de 2%. A recuperação de energia representa quase 6% da economia total dos veículos elétricos. Além disso, experimentos mostraram que investimentos na eficiência dos veículos elétricos podem resultar em uma economia de até 15% de energia.

The search for urban mobility solutions that minimize the aggression to the environment is increasing. Electric vehicles are an attractive alternative because they reduce greenhouse gas emissions, noise pollution, and oil consumption. However, their limited autonomy and the lack of charging stations restrict their popularization. Therefore, government incentive policies have been developed in order to offer benefits to those who choose an electric vehicle. It is estimated that the entire urban fleet will be replaced by these vehicles in a few decades. Therefore, it is important to understand the changes in travel time and energy consumption from the inclusion of electric vehicles in traffic scenarios. Previous works determined these changes by studying the differences between the internal engine of conventional and electric vehicles. However, given the characteristics of the latter, drivers of electric vehicles care about saving energy and may want to choose different routes. Thus, a complete analysis of these impacts should consider a redistribution of traffic. This work proposes a bi-objective traffic assignment method that considers the travel time and the energy consumption to determine the distribution of electric vehicles in urban traffic scenarios. We introduce two strategies for flow distribution as models of route choice. As a procedure of the traffic assignment method, we propose a bi-objective shortest path algorithm for electric vehicles. Our approach was applied to three different scenarios, which resulted in a decrease of up to 80% in total energy consumption. In congested scenarios, we observe an increase of about 10% in average travel time. In uncongested scenarios, travel time decreases about 2%. Energy recovery is almost 6% of the total savings of electric vehicles. Moreover, experiments have shown that investments in the efficiency of electric vehicles can result in up to 15% of energy savings.