namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»ZAXZJLnami-395Research ArticleАВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕAUTOMOBILE DEVELOPMENTЭнергоэффективность автономных транспортных средств в условиях современного городаEnsuring vehicle safety by means of tyre characteristics improvementКудринА. Б.KudrinA. B.

Кудрин Александр Борисович – аспирант

 г. Москва 125319

Kudrin A.B. – postgraduate

Moscow 125319

a.koudrin@outlook.comШадринС. С.ShadrinS. S.

Шадрин Сергей Сергеевич – д-р техн. наук, профессор

г. Москва 125319

 

Shadrin S.S. – D.Sc. (Eng), professor 

Moscow 125319

shadrin@madi.ruМосковский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)РоссияMoscow Automobile and Road State Technical University (MADI)Russian Federation202503102025031928Copyright © Кудрин А.Б., Шадрин С.С., 20252025Кудрин А.Б., Шадрин С.С.Kudrin A.B., Shadrin S.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nami.elpub.ru/jour/article/view/395

Введение (постановка задачи и актуальность). Одной из важнейших задач современности является сокращение выбросов парниковых газов от автомобильного транспорта. Существует практика введения ряда ограничений на эксплуатацию автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), направленная на сокращение объёмов сжигаемого топлива и выбросов в атмосферу. Несмотря на это, автомобили с ДВС по-прежнему будут составлять значительную часть европейского автопарка. В качестве замены предлагаются автомобили с электрической силовой установкой, однако их ограниченный запас хода является одной из причин медленного распространения. Обе эти проблемы можно решить с помощью энергоэффективного управления процессом движения.

 Целью исследования является испытание системы энергоэффективного управления продольным движением подключённых высокоавтоматизированных автомобилей в условиях современного мегаполиса, учитывающей рельеф местности, скоростные режимы и режимы работы светофоров.

 Методология и методы. Лабораторные испытания разработанной математической модели проведены на цифровом двойнике тестового участка дороги, воссозданного на основе высокоточных навигационных данных, на примере легкового автомобиля с ДВС.

Результаты и научная новизна. Результаты лабораторных испытаний показывают, что предложенная система энергоэффективного управления продольным движением автомобиля на 4,5% энергоэффективнее автомобиля с круиз-контролем. Разработанная система может быть интегрирована в подключённые высокоавтоматизированные транспортные средства для повышения их энергоэффективности.

Introduction (problem statement and relevance). One of the major challenges of our age is to decrease the greenhouse emissions produced by motor vehicles. There is some practice of imposing a number of restrictions on operation of vehicles equipped with internal combustion engines (ICEs), which is aimed to reduce the amount of fuel burnt and emissions into the atmosphere. Despite this, ICE vehicles will still make up a significant proportion of the European vehicle fleet. Electric powertrain vehicles have been proposed as a replacement, but their limited cruising range is one of the reasons for their slow spread. Both of these problems can be solved by energy-efficient control of the motion process.

The purpose of the study is to test the system of energy-efficient control of longitudinal motion of the connected highly automated vehicles in the modern megalopolis environment, considering the terrain, speed modes and traffic lights operation modes.

 Methodology and research methods. Laboratory testing of the developed mathematical model has been performed on a digital twin of a test road section reproduced using high-accuracy navigation data based on the example of an ICE passenger car.

 Scientific novelty and results. The laboratory testing results show that the proposed system of energy efficient control of vehicle longitudinal motion is by 4.5% more energy-efficient than that of a vehicle with cruise-control. The system developed can be integrated into the connected highly automated vehicles to increase their energy efficiency.

автомобильцифровой двойникцифровая модель местностирасход топливавысокоавтоматизированный транспортавтономный транспортэнергоэффективностьэкономия топливаV2Xvehicledigital twindigital terrain modelfuel consumptionhighly automated transportautonomous transportenergy efficiencyfuel economyV2XReferencesReducing CO2 emissions from heavy-duty vehicles. Climate Action. URL: https://climate.ec.europa.eu/eu-action/transport/road-transport-reducing-co2-emissions-vehicles/reducing-co2-emissions-heavy-duty-vehicles_en#vehicle-energy-consumption-calculation-tool-vecto (дата обращения: 05.12.2024).Reducing CO2 emissions from heavy-duty vehicles. Climate Action. Available at: https://climate.ec.europa.eu/eu-action/transport/road-transport-reducing-co2-emissions-vehicles/reducing-co2-emissions-heavy-duty-vehicles_en#vehicle-energy-consumption-calculation-tool-vecto (accessed 05 December 2024).Hauenstein J., Mertens J.C., Diermeyer F., Zimmermann A. Cooperative- and Eco-Driving: impact on fuel consumption for heavy trucks on hills // Electronics. – 2021. – No. 10 (19). – P. 2373. URL: https://doi.org/10.3390/electronics10192373 (дата обращения: 05.12.2024).Hauenstein J., Mertens J.C., Diermeyer F., Zimmermann A. Cooperative- and Eco-Driving: impact on fuel consumption for heavy trucks on hills. Electronics, 2021, no. 10 (19), p. 2373. Available at: https://doi.org/10.3390/electronics10192373 (accessed 05 December 2024).Okada Y. Torque control strategy with V2X information for HEVs to minimize fuel consumption // Control Theory and Technology. – 2020. – No. 20 (2). – P. 197–209. URL: https://doi.org/10.1007/s11768-022-00094-y (дата обращения: 05.12.2024).Okada Y. Torque control strategy with V2X information for HEVs to minimize fuel consumption. Control Theory and Technology, 2020, no. 20 (2), рp. 197–209. Available at: https://doi.org/10.1007/s11768-022-00094-y (accessed 05 December 2024).Zhao B., Lin Ya., Hao H., Yao Zh. Fuel consumption and traffic emissions evaluation of mixed traffic flow with connected automated vehicles at multiple traffic scenarios // Journal of Advanced Transportation. – 2022. – Article ID 6345404. – 14 p. URL: https://doi.org/0.1155/2022/6345404 (дата обращения: 05.12.2024).Zhao B., Lin Ya., Hao H., Yao Zh. Fuel consumption and traffic emissions evaluation of mixed traffic flow with connected automated vehicles at multiple traffic scenarios. Journal of Advanced Transportation, no. 2022, аrticle ID 6345404. 14 p. Available at: https://doi.org/10.1155/2022/6345404 (accessed 05 December 2024).Zhang L., Zhang T., Peng K., Zhao X., Xu Zh. Can autonomous vehicles save fuel? Findings from field experiments // Journal of Advanced Transportation. – 2022. – V. 2022. – Article ID 2631692. – 12 p. URL: https://doi.org/10.1155/2022/2631692 (дата обращения: 05.12.2024).Zhang L., Zhang T., Peng K., Zhao X., Xu Zh. Can autonomous vehicles save fuel? Findings from field experiments. Journal of Advanced Transportation, 2022, vol. 2022, article ID 2631692. 12 p. Available at: https://doi.org/10.1155/2022/2631692 (accessed 05 December 2024).Li J., Wu X., Xu M., Liu Y. Multi-objective eco-driving strategy for connected and automated electric vehicles considering complex urban traffic influence factors // IEEE Transactions on Transportation Electrification. – 2024. – No. 1. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2933531.Li J., Wu X., Xu M., Liu Y. Multi-objective ecodriving strategy for connected and automated electric vehicles considering complex urban traffic influence factors. IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2024, no. 1. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2933531.Liu C., Wang J., Cai W., Zhang Y. An energy-efficient dynamic route optimization algorithm for connected and automated vehicles using Velocity-Space-Time networks // IEEE Access. – 2019. – Vol. 7. – P. 108866–108877. URL: https://doi.org/10.1109/access.2019.2933531 (дата обращения: 05.12.2024).Liu C., Wang J., Cai W., Zhang Y. An energy-efficient dynamic route optimization algorithm for connected and automated vehicles using Velocity-Space-Time networks. IEEE Access, 2019, vol. 7, рp. 108866–108877. Available at: https://doi.org/10.1109/access.2019.2933531 (accessed 05 December 2024).Кудрин А.Б., Шадрин С.С. Анализ текущих научных решений в области энергоэффективности подключенных высокоавтоматизированных автотранспортных средств // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). – 2023. – № 2 (73). – С. 15–22. – EDN: QJMMEE.Kudrin A.B., Shadrin S.S. [Analysis of current scientific solutions in the field of energy efficiency of connected, highly automated vehicles]. Bulletin of Moscow Automobile and Road Construction State Technical University (MADI), 2023, no. 2 (73), рр. 15–22. EDN: QJMMEE. (In Russian)Bosch Automotive Handbook / 9th Ed. – Robert Bosch GmbH, 2014. – 1544 p.Bosch Automotive Handbook. 9th Ed. Robert Bosch GmbH, 2014. 1544 p.Koudrin A., Shadrin S. Development and verification of a mathematical model of fuel consumption estimation suitable for research of algorithms of energy efficient control on digital roads / 1st International Conference on Sustainability and Emerging Technologies for Smart Manufacturing: proceedings. – P. 235–244. URL: https://doi.org/10.1007/978-981-97-7083-0_23 (дата обращения: 05.12.2024).Koudrin A., Shadrin S. Development and verification of a mathematical model of fuel consumption estimation suitable for research of algorithms of energy-efficient control on digital roads. 1st International Conference on Sustainability and Emerging Technologies for Smart Manufacturing: proceedings, рр. 235–244. Available at: https://doi.org/10.1007/978-981-97-7083-0_23 (accessed 05 December 2024).Simionato P.L., Astrom K., Hagglund T. PID Controllers – Theory, Design and Tuning / 2nd ed. – Durham: ISA, 1995.Simionato P.L., Astrom K., Hagglund T. PID Controllers – Theory, Design and Tuning. 2nd ed. Durham: ISA, 1995.RTK GNSS module for UAV mapping. URL: https://emlid.com/reach/?ysclid=llzeqysm89780605720 (дата обращения: 08.02.2024).RTK GNSS module for UAV mapping. Available at: https://emlid.com/reach/?ysclid=llzeqysm89780605720 (accessed 08 February 2024).Кудрин А.Б., Шадрин С.С., Стручев П.Р. Способ разработки виртуальной копии испытательного маршрута, пригодного для проведения виртуальных испытаний // Труды НАМИ. – 2024. – № 1 (296). – С. 56–65. DOI: 10.51187/0135-3152-2024-1-56-65. EDN: CHHJAB.Kudrin A.B., Shadrin S.S., Struchev P.R. [Method of development of a virtual copy of a test route suitable for virtual testing]. Trudy NAMI, 2024, no. 1 (296), pp. 56–65. DOI: 10.51187/0135-3152-2024-1-56-65. EDN: CHHJAB. (In Russian)Car specs database. URL: https://www.auto-data.net/en/chevrolet-orlando-i-1.8-16v-141hp-16939 (дата обращения: 15.03.2024).Car specs database. Available at: https://www.auto-data.net/en/chevrolet-orlando-i-1.8-16v-141hp-16939 (accessed 15 March 2024).Wang C.-S., Liu D.-Y., Hsu K.-S. Simulation and application of cooperative driving sense systems using PreScan software // Microsystem Technologies. – 2018. – No. 27 (4). – P. 1201–1210.Wang C.-S., Liu D.-Y., Hsu K.-S. Simulation and application of cooperative driving sense systems using PreScan software. Microsystem Technologies, 2018, no. 27 (4), pp. 1201–1210.Toth B., Szalay Z. Development and functional validation method of the Scenario-in-the-Loop Simulation Control model using Co-Simulation techniques // Machines. – 2023. – No. 11 (11). – P. 1028. URL: https://doi.org/10.3390/machines11111028 (дата обращения: 05.12.2024).Toth B., Szalay Z. Development and functional validation method of the Scenario-in-the-Loop Simulation Control model using Co-Simulation techniques. Machines, 2023, no. 11 (11), p. 1028. Available at: https://doi.org/10.3390/machines11111028 (accessed 05 December 2024).Zavalko A. Applying energy approach in the evaluation of eco-driving skill and eco-driving training of truck drivers // Transp. Res. Part D Transp. Environ. – 2018. – No. 62. – P. 672–684.Zavalko A. Applying energy approach in the evaluation of eco-driving skill and eco-driving training of truck drivers. Transp. Res. Part D Transp. Environ., 2018, no. 62, pp. 672–684.Sciarretta A., Vahidi A. Energy-Efficient driving of road vehicles. – Cham: Springer International Publ., 2020. – 294 p.Sciarretta A., Vahidi A. Energy-Efficient driving of road vehicles. Cham, Springer International Publ., 2020. 294 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.