Metodi euristici per il Vehicle Routing Problem

Il problema della consegna di prodotti da un deposito/impianto ai clienti mediante una flotta di automezzi è un problema centrale nella gestione di una catena di produzione e distribuzione (supply chain). Questo problema, noto in letteratura come Vehicle Routing Problem (VRP), nella sua versione più semplice consiste nel disegnare per ogni veicolo disponibile presso un dato deposito aziendale un viaggio (route) di consegna dei prodotti ai clienti, che tali prodotti richiedono, in modo tale che (i) la somma delle quantità richieste dai clienti assegnati ad ogni veicolo non superi la capacità del veicolo, (ii) ogni cliente sia servito una ed una sola volta, (iii) sia minima la somma dei costi dei viaggi effettuati dai veicoli. Il VRP è un problema trasversale ad una molteplicità di settori merceologici dove la distribuzione dei prodotti e/o servizi avviene mediante veicoli su gomma, quali ad esempio: distribuzione di generi alimentari, distribuzione di prodotti petroliferi, raccolta e distribuzione della posta, organizzazione del servizio scuolabus, pianificazione della manutenzione di impianti, raccolta rifiuti, etc. In questa tesi viene considerato il Multi-Trip VRP, in cui ogni veicolo può eseguire un sottoinsieme di percorsi, chiamato vehicle schedule (schedula del veicolo), soggetto a vincoli di durata massima. Nonostante la sua importanza pratica, il MTVRP ha ricevuto poca attenzione in letteratura: sono stati proposti diversi metodi euristici e un solo algoritmo esatto di risoluzione, presentato da Mingozzi, Roberti e Toth. In questa tesi viene presentato un metodo euristico in grado di risolvere istanze di MTVRP in presenza di vincoli reali, quali flotta di veicoli non omogenea e time windows. L’euristico si basa sul modello di Prins. Sono presentati inoltre due approcci di local search per migliorare la soluzione finale. I risultati computazionali evidenziano l’efficienza di tali approcci.

Analysis and design of high performance multiphase electric drives for vehicle and aircraft applications

The first part of this thesis has focused on the construction of a twelve-phase asynchronous machine for More Electric Aircraft (MEA) applications. In fact, the aerospace world has found in electrification the way to improve the efficiency, reliability and maintainability of an aircraft. This idea leads to the aircraft a new management and distribution of electrical services. In this way is possible to remove or to reduce the hydraulic, mechanical and pneumatic systems inside the aircraft. The second part of this dissertation is dedicated on the enhancement of the control range of matrix converters (MCs) operating with non-unity input power factor and, at the same time, on the reduction of the switching power losses. The analysis leads to the determination in closed form of a modulation strategy that features a control range, in terms of output voltage and input power factor, that is greater than that of the traditional strategies under the same operating conditions, and a reduction in the switching power losses.

Outdoor e indoor: Abitare il comfort. Strategie di riqualificazione del quartiere Pilastro a Bologna

Il caso studio affrontato nella tesi è il complesso residenziale Pilastro, costruito tra gli anni 1962 e 1985 a Bologna. Collocato nella parte nord-est della città, all’interno del quartiere San Donato, il quartiere si presenta come una delle periferie più adatte ad ospitare i nuovi progetti di sviluppo urbano, in virtù della sua posizione strategica rispetto ai diversi poli e alla rete infrastrutturale principale. Questo studio consiste in una serie di analisi, effettuate al fine di giungere a trattare gli aspetti progettuali, che rispondono a una serie di problematiche riscontrate nella parte conosciuta come “Primo Impianto”. Le criticità affrontate sono: - Fenomeno di Canyon Urbano dovuto al rapporto tra la morfologia urbana e il microclima; - Limiti nella fruibilità degli spazi esterni (outdoor), a causa della presenza di spazi non caratterizzati, dotati di uno scarso livello di comfort termico durante il periodo estivo; - Problemi riguardo l’aspetto viabilistico e le sezioni stradali; - Bassa prestazione energetica correlata alla vetustà degli edifici; - Basso livello di comfort interno (indoor) degli edifici. La Tesi ha come obiettivo la definizione di diverse strategie progettuali che tengano conto delle condizioni climatiche relative al benessere termico come criterio per la riqualificazione degli spazi esterni e degli edifici esistenti. Quest’ultima terrà altresì conto della prestazione energetica dei fabbricati. Un aspetto complementare è quello del ragionamento sull’incidenza della progettazione degli spazi esterni (outdoor) sugli aspetti relativi al benessere negli spazi interni (indoor). Metodo L’approccio seguito nel trattare le problematiche ha come punto di partenza lo studio degli spazi esterni, che continua anche al livello del costruito. Attraverso diverse analisi a livello urbanistico, sono stati indagati una serie di aspetti come la morfologia urbana, i servizi, gli spazi aperti, la popolazione e la mobilità, etc. Il comparto studio, collocato nella parte nord-est del Primo Impianto in Via Lodovico Frati, è composto da edifici residenziali in linea e lo spazio “in between” che si affaccia alla strada. Al fine di considerare le condizioni climatiche e la loro incidenza nel comfort urbano, sono stati studiati diversi parametri fisici incidenti, valutati con l’ausilio del software di simulazione Envi-met, con l’output di cui, è stato possibile ottenere mappe di valori del comfort outdoor, sia della condizione esistente che in quella dopo l’intervento progettuale. Per quanto riguarda gli edifici, per valutare il livello di comfort negli ambienti interni è stato usato il software di simulazione EnergyPlus, mentre per valutare la prestazione energetica è stato usato il software Termolog Epix 5. L’output dei risultati ottenuti dai software di simulazione è uno strumento importante di verifica per le diverse scelte progettuali.

Autonomous Vehicle and Internet on Vehicles

In questa tesi mi occupo di spiegare come si comportano i veicoli autonomi per prendere tutte le decisioni e come i dati dei sensori di ogni auto vengono condivisi con la flotta di veicoli

Meccanismi di Gamification per interfacce human-vehicle

L’obiettivo principale di questa tesi è utilizzare le tecniche di gamification più importanti nella progettazione ed implementazione di un’interfaccia Human-Vehicle per creare un software che possa rendere la guida di un’automobile elettrica più efficace ed efficiente da parte del guidatore. Per lo sviluppo del software è stato svolto uno studio specifico sulla gamification, sulle interfacce Human-Vehicle e sulle macchine elettriche attualmente in produzione. Successivamente è stata svolta la fase di progettazione in cui sono stati creati dei mockup relativi all’interfaccia grafica ed è stato svolto un focus group. Infine è stato implementato il vero e proprio software di simulazione EcoGame ed è stato effettuato un test utenti.

Next-state comfort in learning a vertical stick transportation sequence

Over the last decade, the end-state comfort effect (e.g., Rosenbaum et al., 2006) has received a considerable amount of attention. However, some of the underlying mechanisms are still to be investigated, amongst others, how sequential planning affects end-state comfort and how this effect develops over learning. In a two-step sequencing task, e.g., postural comfort can be planned on the intermediate position (next state) or on the actual end position (final state). It might be hypothesized that, in initial acquisition, next state’s comfort is crucial for action planning but that, in the course of learning, final state’s comfort is taken more and more into account. To test this hypothesis, a variant of Rosenbaum’s vertical stick transportation task was used. Participants (N = 16, right-handed) received extensive practice on a two-step transportation task (10,000 trials over 12 sessions). From the initial position on the middle stair of a staircase in front of the participant, the stick had to be transported either 20 cm upwards and then 40 cm downwards or 20 cm downwards and then 40 cm upwards (N = 8 per subgroup). Participants were supposed to produce fluid movements without changing grasp. In the pre- and posttest, participants were tested on both two-step sequencing tasks as well as on 20 cm single-step upwards and downwards movements (10 trials per condition). For the test trials, grasp height was calculated kinematographically. In the pretest, large end/next/final-state comfort effects for single-step transportation tasks and large next-state comfort effects for sequenced tasks were found. However, no change in grasp height from pre- to posttest could be revealed. Results show that, in vertical stick transportation sequences, the final state is not taken into account when planning grasp height. Instead, action planning seems to be solely based on aspects of the next action goal that is to be reached.

Model Predictive Control for Vehicle Stabilization at the Limits of Handling

Recent developments in vehicle steering systems offer new opportunities to measure the steering torque and reliably estimate the vehicle sideslip and the tire-road friction coefficient. This paper presents an approach to vehicle stabilization that leverages these estimates to define state boundaries that exclude unstable vehicle dynamics and utilizes a model predictive envelope controller to bound the vehicle motion within this stable region of the state space. This approach provides a large operating region accessible by the driver and smooth interventions at the stability boundaries. Experimental results obtained with a steer-by-wire vehicle and a proof of envelope invariance demonstrate the efficacy of the envelope controller in controlling the vehicle at the limits of handling.

Minimizing residential distribution system operating costs through intelligently scheduled plug-in hybrid electric vehicle charging

Rising fuel prices and environmental concerns are threatening the stability of current electrical grid systems. These factors are pushing the automobile industry towards more effcient, hybrid vehicles. Current trends show petroleum is being edged out in favor of electricity as the main vehicular motive force. The proposed methods create an optimized charging control schedule for all participating Plug-in Hybrid Electric Vehicles in a distribution grid. The optimization will minimize daily operating costs, reduce system losses, and improve power quality. This requires participation from Vehicle-to-Grid capable vehicles, load forecasting, and Locational Marginal Pricing market predictions. Vehicles equipped with bidirectional chargers further improve the optimization results by lowering peak demand and improving power quality.

Development of Hardware-In-the-Loop Simulation System for Hybrid Electric Vehicle Study

The development of embedded control systems for a Hybrid Electric Vehicle (HEV) is a challenging task due to the multidisciplinary nature of HEV powertrain and its complex structures. Hardware-In-the-Loop (HIL) simulation provides an open and convenient environment for the modeling, prototyping, testing and analyzing HEV control systems. This thesis focuses on the development of such a HIL system for the hybrid electric vehicle study. The hardware architecture of the HIL system, including dSPACE eDrive HIL simulator, MicroAutoBox II and MotoTron Engine Control Module (ECM), is introduced. Software used in the system includes dSPACE Real-Time Interface (RTI) blockset, Automotive Simulation Models (ASM), Matlab/Simulink/Stateflow, Real-time Workshop, ControlDesk Next Generation, ModelDesk and MotoHawk/MotoTune. A case study of the development of control systems for a single shaft parallel hybrid electric vehicle is presented to summarize the functionality of this HIL system.

STUDY OF HYBRID ELECTRIC VEHICLE BATTERY MODELING AND CONTROL USING AUTONOMIE

This report presents the research results of battery modeling and control for hybrid electric vehicles (HEV). The simulation study is conducted using plug-and-play powertrain and vehicle development software, Autonomie. The base vehicle model used for testing the performance of battery model and battery control strategy is the Prius MY04, a power-split hybrid electric vehicle model in Autonomie. To evaluate the battery performance for HEV applications, the Prius MY04 model and its powertrain energy flow in various vehicle operating modes are analyzed. The power outputs of the major powertrain components under different driving cycles are discussed with a focus on battery performance. The simulation results show that the vehicle fuel economy calculated by the Autonomie Prius MY04 model does not match very well with the official data provided by the department of energy (DOE). It is also found that the original battery model does not consider the impact of environmental temperature on battery cell capacities. To improve battery model, this study includes battery current loss on coulomb coefficient and the impact of environmental temperature on battery cell capacity in the model. In addition, voltage losses on both double layer effect and diffusion effect are included in the new battery model. The simulation results with new battery model show the reduced fuel economy error to the DOE data comparing with the original Autonomie Prius MY04 model.