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Title: Avaliação do desempenho aerodinâmico da condução em platooning e emissões
Other Titles: Evaluation of the aerodynamic performance of platooning driving and emissions
Author: Figueiredo, André Alexandre de Almeida
Advisor: Bandeira, Jorge
Rafael, Sandra Isabel Moreira
Keywords: Platooning
Transporte sustentável
Emissões de CO₂ e NOₓ
Análise CFD
Impacto ambiental
Defense Date: 15-Nov-2023
Abstract: No setor dos transportes prevê-se um avanço tecnológico significativo em diversos aspetos, nomeadamente ao nível da introdução de sistemas inteligentes e transportes cooperativos, do uso de fontes de energia alternativas aos combustíveis fosseis e progressiva introdução de veículos com um grau crescente de autonomia e conectividade. Exemplo desses sistemas inteligentes é a condução em platooning. O platooning pode ser descrito como comboios de veículos, pesados ou ligeiros, que circulam juntos e coordenados e que podem reduzir, desta forma, a resistência aerodinâmica. A presente dissertação teve como objetivo primordial avaliar o potencial da condução em platooning como uma estratégia futura capaz de oferecer alternativas eficientes e sustentáveis de transporte quantificando o seu impacto a nível aerodinâmico e o respetivo efeito nas emissões atmosféricas. Foi ainda objetivo desta dissertação identificar e recomendar o platoon ótimo do ponto de vista do desempenho ambiental, face às variáveis analisadas. Para atingir este objetivo, foram definidos um conjunto de cenários de estudo que procuram dar resposta a três questões de investigação : 1. Qual o impacto da distância entre veículos no valor Cd (Coeficiente de arrasto) e nas emissões? 2. Qual o impacto do número de veículos a incorporar em cada platoon no valor do Cd e nas emissões? 3. Qual o impacto da ordem dos veículos no platoon no Cd e nas emissões? Os cenários de estudo (num total de 51) foram analisados com recurso a diferentes ferramentas de modelação, nomeadamente: i) um modelo CFD (Computational Fluid Dynamics) Open Source Field Operation and Manipulation (openFOAM), para determinação do coeficiente de arrato; e ii) um modelo de emissões, VSP (Vehicle Specific Power), para quantificação das emissões de CO₂ (Dióxido de carbono) e NOₓ (Óxidos de azoto). A nível de desempenho aerodinâmico, avaliando os veículos de forma isolada, o veículo ligeiro que apresentou melhor desempenho teve uma redução do valor do Cd de 75%, estando esteve veículo presente no cenário 2M, o veículo pesado com melhor performance ocorreu no cenário 1D e sofreu uma redução de 65% no valor do Cd. Os resultados ao nível das emissões demonstraram reduções comparativamente a cenários onde os veículos circulavam de forma isolada. Foram obtidas reduções máximas para os veículos ligeiros (cenário 2M) na ordem dos 25% e 22% e para veículos pesados (cenário 1D) na ordem dos 10% e 8% para os valores de CO₂ e NOₓ respetivamente. O cenário tido como “ótimo” foi o cenário 1M, constituído por 3 veículos pesados seguidos de 3 veículos ligeiros distanciados de 10 metros entre si, este cenário foi aquele que de um ponto de vista global obteve maiores reduções percentuais nas emissões de CO₂ e NOₓ, na ordem dos 7.6% e 7.1%, respetivamente. Os cenários analisados permitem concluir que a condução em platooning é uma tecnologia com um grande potencial e com benefícios notórios para o ambiente. No entanto mais estudos nesta área são necessários, nomeadamente, avaliar o desempenho ambiental do platooning em diferentes tipologias de estrada e envolvendo veículos com geometrias diferentes das utilizadas nesta dissertação.
In the transport sector, significant technological advances are expected in various aspects, particularly in the introduction of intelligent systems and cooperative transport, the use of alternative energy sources to fossil fuels and the progressive introduction of vehicles with an increasing degree of autonomy and connectivity. An example of these intelligent systems is platooning driving. platooning can be described as convoys of vehicles, heavy or light, that drive together in coordination and can thus reduce aerodynamic drag. The main aim of this dissertation was to evaluate the potential of platooning driving as a future strategy capable of offering efficient and sustainable transport alternatives, quantifying its impact on aerodynamics and its effect on atmospheric emissions. It was also the aim of this dissertation to identify and recommend the optimum platoon from the point of view of environmental performance. In order to achieve this objective, a set of study scenarios were defined that seek to answer three research questions: 1. What is the impact of the distance between vehicles on the Cd value (Drag coefficient) and on emissions? 2. What is the impact of the number of vehicles to be incorporated into each platoon on the Cd value and on emissions? 3) What impact does the order of vehicles in the platoon have on Cd and emissions? The study scenarios (a total of 51) were analysed using different modelling tools, namely: i) a CFD (Computational Fluid Dynamics) model Open Source Field Operation and Manipulation (openFOAM), to determine the drag coefficient; and ii) an emissions model, VSP (Vehicle Specific Power), to quantify the emissions of CO₂ (Carbon dioxide) and NOₓ (Nitrogen oxides).In terms of aerodynamic performance, evaluating the vehicles in isolation, the light vehicle with the best performance had a 75% reduction in the Cd value, and this vehicle was present in scenario 2M, while the heavy vehicle with the best performance was in scenario 1D and had a 65% reduction in the Cd value. The results in terms of emissions showed reductions compared to scenarios in which vehicles travelled in isolation. Maximum reductions were obtained for light vehicles (scenario 2M) of 25% and 22% and for heavy vehicles (scenario 1D) of 10% and 8% for the CO₂ and NOₓ respectively. The "optimum"scenario was scenario 1M, consisting of 3 heavy vehicles followed by 3 light vehicles 10 metres apart; this scenario was the one that achieved the greatest overall percentage reductions in CO₂ and NOₓ emissions, 7.6% and 7.1% respectively. The scenarios analysed lead us to conclude that platooning driving is a technology with great potential and notable benefits for the environment. However, more studies in this area are needed, namely to assess the environmental performance of platooning on different types of road and involving vehicles with different geometries to those used in this dissertation.
URI: http://hdl.handle.net/10773/39865
Appears in Collections:UA - Dissertações de mestrado
DEM - Dissertações de mestrado

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