[pt] A mobilidade urbana possui significativa interação com o meio ambiente, seja através dos recursos extraídos para produção e abastecimento de frotas automotivas ou da poluição promovida pela circulação e descarte de resíduos. Sendo do conhecimento geral que os principais combustíveis utilizados atualmente são oriundos de fontes naturais finitas e de alto impacto ambiental, faz-se necessário a avaliação de outras alternativas de propulsão dos meios de transporte. Dentro dessas condições os veículos elétricos e os veículos movidos à etanol apresentam-se como opções consistentes sob o aspecto sustentável. A abordagem desenvolvida contempla as interações entre as matrizes energéticas e elétricas, as emissões de CO2 dos diferentes tipos de propulsão, tendo em vista o comportamento de cada um desses fatores nos seguintes países: Estados Unidos, Alemanha, China, Japão, Índia e em especial o Brasil. Dessa forma, objetiva-se determinar o tipo de transporte individual com menor grau de emissões de CO2. / [en] The urban mobility has a significant interaction with the environment, it can be through resources extraction to manufacturing and to fuel automobile fleets or by pollution caused by its circulation and the waste disposal. Being common knowledge that the main fuel used nowadays are made of finite natural resources and its environmental impact, it is necessary to evaluate other alternatives to the propulsion of transportation facilities. Regarding these conditions the electrical vehicle and the ethanol powered vehicles presented themselves as consistent options from a sustainable perspective. The approach developed contemplate the interactions between the energetic and electric matrix, the CO2 emissions and the different kind of propulsion, taking care about the behavior of each factor in the following countries: USA, Germany, China, Japan, India and in special, Brazil. Therefore, is aimed to define which kind of transportation has the lower amount of CO2 released in the environment.

[pt] Utilização de veículos elétricos no transport e rodoviário de cargas e os desafios para implementação no Brasil discute as principais políticas públicas internacionais bem sucedidas voltadas para a expansão da frota de veículos elétricos para o transporte rodoviário de carga e como tais políticas pode riam ser adaptadas ao modelo de negócio brasileiro. Análises sobre as principais políticas públicas em mercados estrangeiros que resultaram em incentivos fiscais, expansão da infraestrutura existente e fomento de novos negócios na transição da frota de veículos convencionais para veículos elétricos, além de estudo sobre as possíveis adaptações que a legislação brasileira permite para que essas políticas possam ser adaptadas ao mercado nacional são os principais desafios para o setor. Os administradores públicos possuem o desafio de promover a sustentabilidade, capaz de proporcionar qualidade de vida à população e garantir que os sistemas de distribuição de bens urbanos atendam com eficiência as necessidades das cidades. Entretanto, embora a eletrificação , forma internacionalmente vista como alternativa à produção de gás carbônico, e outros chamados gases de efeito estufa, desde que a produção de eletricidade seja vista como essencialmente limpa, surja como a principal alternativa para melhorar a eficiência energética, muitos países ainda não implementaram políticas públicas para dinamizar a transição de suas respectivas frotas. Os resultados da pesquisa podem contribuir com futuros estudos sobre adequação de políticas públicas bem sucedidas e possíveis adaptações ao modelo de negócio brasileiro no setor do transporte rodoviário de carga com enfoque na mobilidade urbana sustentável. / [en] This research discusses the main successful international public policies aimed at expanding the fleet of electric vehicles for road freight transport and how these policies could be adapted to the Brazilian business model. Analysis of the main public policies in foreign markets that resulted in tax incentives, expansion of the existing infrastructure and promotion of new businesses in the transition from the fle et of conventional vehicles to electric vehicles, in addition to a study on the possible adaptations that the Brazilia n legislation allows for these policies can be adapted to the national market are the main challenges for the sector. Society is increasin gly demanding in terms of sustainability and, in addition, public administrators have the challenge of promoting sustainable mobility, capable of providing quality of life to the population and ensuring that the systems of distribution of urban goods effic iently me et the needs of the population in the cities. However, although electrification appears as the main alternative to improve energy efficiency and reduce the emission of atmospheric pollutants and greenhouse gases, many countries have not yet implem ented public policies to streamline the transition of their respective fleets. The results of the research may contribute to future studies on the adequacy of successful public policies and possible adaptations to the Brazilian business model in the road f reight transport sector with a focus on sustainable urban mobility.

[pt] A crescente demanda por sistemas de transporte autônomos e inteligentes exige o desenvolvimento de técnicas avançadas de controle e estimativa, visando garantir operações seguras e eficientes. Devido à natureza não linear da dinâmica veicular e seus fenômenos característicos, os métodos clássicos de estimativa e controle podem não alcançar resultados adequados, o que incentiva a pesquisa de novos algoritmos. Por algumas contribuições, a primeira parte deste trabalho trata de algoritmos de estimação, tanto para identificação de parâmetros invariantes no tempo, quanto para estimação de estados e parâmetros variantes no tempo. Especial destaque é dados aos algoritmos de Estimação de Estados por Horizonte Móvel (MHSE), que se apresenta como robusto e preciso, devido ao problema de otimização com restrição em que se baseia. Este algoritmo é avaliado em dinâmica longitudinal de veículos, para estimativa de deslizamento longitudinal e coeficiente de atrito pneu-estrada. Apesar de sua eficiência, o alto custo computacional torna necessária a busca por alternativas sub-ótimas, e o emprego de Redes Neurais que mapeiam os resultados da otimização é uma solução promissora, que é tratada como Estimação por Horizonte Móvel com Redes Neurais (NNMHE). O NNMHE é avaliado em uma estimativa do estado de carga (SOC) de baterias para veículos elétricos, demonstrando, através de dados experimentais, que o NNMHE emula com precisão o problema de otimização e a literatura indica sua aplicação efetiva em hardwares embarcados. Por fim, é apresentada uma contribuição sobre o controle preditivo baseado em modelo não linear (NMPC). É proposto e avaliado seu uso compondo uma nova estrutura de controle hierárquica para veículos elétricos com motores independentes nas rodas, através do qual é possível controlar adequadamente o veículo em tarefas de rastreamento de velocidade e trajetória, com reduzido esforço computacional. O controle é avaliado usando dados experimentais de pneus obtidos, que aproximam a simulação de situações reais. / [en] The rising demand of autonomous and intelligent transportation systems requires the development of advanced control and estimation techniques, aiming to ensure safety and efficient operations. Due to the nonlinear nature of vehicle dynamics and its characteristic phenomena, classical estimation and control methods may not achieve adequate results, which encourages the research of novel algorithms. By some contributions, the first part of this work deals with estimation algorithms, both for identification of time invariant parameters and for estimation of states and time varying parameters. Special emphasis is given to Moving-Horizon State Estimation (MHSE), which is presented to be robust and accurate, due to the constrained optimization problem on which it is based. This algorithm is evaluated in vehicle longitudinal dynamics, for slip and tire-road friction estimation. Despite its efficiency, the high computational cost makes it necessary to search for suboptimal alternatives, and the employ of a Neural Networks that maps the optimization results is a promising solution, which is treated as Neural Networks Moving-Horizon Estimation (NNMHE). The NNMHE is evaluated on a state-of-charge (SOC) estimation of batteries for electric vehicles, demonstrating, through experimental data, that the NNMHE emulates accurately the optimization problem, and the literature indicates its effectively application on embedded hardware. Finally, a contribution about Nonlinear Model-based Predictive Control (NMPC) is presented. It is proposed and evaluated its use compounding a novel hierarchical control framework for electric vehicles with independent in-wheel motors, through which it is possible to adequately control the vehicle on velocity and path tracking tasks, with reduced computational effort. The control is evaluated using experimental obtained tire data, which approaches the simulation to real situations.

[pt] Com o aumento das questões energéticas e ambientais, os veículos elétricos (EVs) se tornarão um modo de transporte essencial na distribuição logística. Um cenário vital a ser considerado é a dependência do congestionamento do tráfego nos tempos de viagem dos veículos, como é comum nas áreas urbanas hoje. Esse recurso significa que a velocidade de um EV em cada rota pode ser distinta durante diferentes períodos. Como os EVs possuem autonomia limitada, vários trabalhos na literatura propuseram modelos de consumo de energia em função da velocidade e fatores aerodinâmicos. No entanto, sua aplicação permanece limitada e simplificada devido à sua dependência da velocidade e dos tempos de viagem. No caso da velocidade, os modelos da literatura trabalham sob uma velocidade média durante um determinado arco ou introduzem aproximações com métodos de linearização por partes. Em relação aos tempos de viagem, os atuais algoritmos de roteamento de veículos muitas vezes reformulam a rede viária em um gráfico completo onde cada arco representa o caminho mais rápido entre dois locais. Os resultados obtidos por esses métodos divergem da realidade, principalmente para problemas de roteamento de arco envolvendo serviços nos arcos de uma rede rodoviária. Por essas razões, definimos o Problema de Roteamento de Arco Capacitado Elétrico com tempos de viagem dependentes do tempo e taxa de consumo de energia dependente da velocidade. Ao longo de um horizonte de planejamento, cada arco está associado a uma função de velocidade passo a passo. O objetivo é atender um conjunto de arcos que demandam serviços por meio de uma frota de EVs com carga e capacidade de bateria limitadas, minimizando o tempo total de viagem. Além disso, a taxa de consumo de energia por unidade de tempo percorrido é considerada uma função não linear baseada na velocidade. Propomos um algoritmo de pré-processamento de consumo de energia de forma fechada sem aproximações. Nós o incorporamos em uma metaheurística Iterate Local Search e comparamos o impacto no projeto de rotas com os veículos convencionais. / [en] With energy and environmental issues rising, electric vehicles (EVs) will become an essential mode of transportation in logistics distribution. A vital scenario to consider is the dependence of traffic congestion on vehicle travel times, as it is common in urban areas today. This feature means that the speed of an EV on each route may be distinct during different periods. Because EVs have a limited driving range, various works in the literature have proposed energy consumption models as a function of speed and aerodynamic factors. However, their application remains limited and oversimplified due to their dependence on speed and travel times. In the case of speed, the models in the literature work under an average speed during a given arc or introduce approximations with piece-wise linearization methods. Regarding travel times, current vehicle routing algorithms often reformulate the road network into a complete graph where each arc represents the quickest path between two locations. The results obtained by these methods differ from reality, particularly for Arc Routing Problems involving services on the arcs of a road network. For these reasons, we define the Electric Capacitated Arc Routing Problem with Time-dependent Travel times, and Speed-dependent Energy Consumption Rate (E-TDCARP). Over a planning horizon, each arc is associated with a step-wise speed function. Based on this function, a vehicle s speed can change while traveling on a given arc. The objective is to serve a set of arcs that require services through a fleet of electric vehicles with limited load and battery capacity, minimizing the total travel time. Furthermore, the energy consumption rate per unit of time traveled (ECR) is considered a nonlinear function based on speed. We propose a closed-form energy consumption preprocessing algorithm without approximations. We embed it into an Iterate Local Search metaheuristic (ILS) for E-TDCARP and compare the impact on the design of routes between these alternative vehicles and conventional ones.

[pt] Problemas de emissão de gases de efeito estufa vem sido amplamente discutidos nos últimos anos, uma vez que mais de 70 países já se comprometeram a uma economia neutra em carbono até 2050. A eletrificação dos modais de transporte tem sido ampliadas seguindo essas metas, onde os Veículos Elétricos (VEs) começam a ganhar participação sobre o mercado de Veículos com Motor de Combustão Interna (VMCI) por todo o mundo. Além da particular complexidade na comparação entre VEs e VMCIs, desafios envolvendo a natureza dos VEs e sua integração com as cidades, como a falta de locais públicos para recarga, também são críticos e interferem no seu desenvolvimento. Nesse contexto, este trabalho visa estudar o problema de uma Estação de Troca de Baterias (ETB), uma estrutura onde os usuários de VEs trocam suas baterias descarregadas por outras totalmente ou parcialmente carregadas. No intuito de simular as operações diárias do ETB e o cronograma de carregamento das baterias, um novo modelo de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) é proposto, levando em consideração a heterogeneidade da bateria, o uso de geração fotovoltaica (PV) local e a degradação da bateria com base no perfil de carregamento. Uma coleção de métricas de operação do ETB é projetada para avaliar a qualidade da solução do modelo de cronograma proposto. É apresentado um experimento numérico que compreende quatro estudos de caso baseados em dados reais dos sistemas de energia e transporte dos EUA, contendo insights e análises sobre o uso da energia fotovoltaica e da rede, bem como uma comparação financeira do ETB com abordagens de cronograma de benchmarks relacionados, juntamente de sensibilidades no plano de dimensionamento do ETB e atendimento a clientes. / [en] Greenhouse gas emissions-related issues have been extensively discussed in the past years, with over 70 countries already committed to a carbon-neutral economy by 2050. The electrification of transportation modals has increased following these goals, where Electric Vehicles (EVs) are starting to take Internal Combustion Engine Vehicles (ICEV) market share all over the globe. Besides the particular complexity in comparing EVs and ICEVs, challenges involving the nature of EVs and their integration with cities, such as the lack of public locals for charging, are also critical and interfere with their development. In this context, this work aims at studying the problem of a Battery Swapping Station (BSS), a structure where the EVs users swap their depleted batteries for fully or partially charged ones. In order to simulate the BSS daily operations and batteries charging schedule, a novel Mixed Integer Linear Programming (MILP) model is proposed, taking into account battery heterogeneity, the use of local photovoltaic (PV) production and battery degradation based on charging profile. A collection of BSS operation metrics are designed to evaluate the solution quality of the proposed scheduling model. A numerical experiment comprising four case studies based on real data from the US power and transportation systems is presented, with insights and analyses on the PV and grid power use, as well as a BSS financial comparison against close-related benchmark scheduling approaches, together with sensitivities on BSS sizing plan and costumers attendance.

[pt] A dissertação faz uma análise do Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel (PNPB), criado em 2005, que introduziu na matriz energética brasileira o biodiesel, um combustível renovável e orgânico, que pode ser produzido a partir de óleos vegetais, gorduras de animais e óleos residuais de frituras. O PNPB estabeleceu a adição do biodiesel ao diesel fóssil de forma gradual e parcial, cujo teor deverá alcançar 15 por cento em 2026. O PNPB é analisado com base nos três pilares da sustentabilidade, considerando os aspectos econômicos, sociais e ambientais. Na economia, apesar dos custos do biodiesel serem maiores que os do diesel fóssil, o PNPB vem contribuindo para reduzir a sua importação, melhorando o saldo da balança comercial. Na questão ambiental, o biodiesel, ao substituir parcialmente o consumo de diesel, contribui para a descarbonização do setor de transporte e para que o Brasil cumpra seu objetivo de redução de emissões, determinado no Acordo de Paris (2015), uma vez que o biodiesel emite cerca de 70 por cento menos GEE, em relação ao diesel fóssil. No aspecto social, embora não tenha cumprido o objetivo original de priorizar a agricultura familiar do Norte e Nordeste, o PNPB instituiu desonerações fiscais através do Selo Biocombustível Social aos produtores de biodiesel que adquirissem matérias-primas da agricultura familiar, fomentando a inclusão social, a geração de trabalho e renda no campo e o desenvolvimento regional. Desse modo, o PNPB contribui para os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), que englobam metas ambientais, econômicas e sociais, que deverão ser cumpridas até 2030. A dissertação também analisa se há competição relevante pelo uso da terra entre a produção de biodiesel e as terras reservadas à conservação ambiental ou utilizadas na produção de alimentos. Por fim, são analisados diferentes cenários tendenciais de produção e uso do biodiesel e biocombustíveis no Brasil, em um contexto em que os veículos elétricos tendem a ser cada vez mais disseminados, mas com intensidade menor no caso dos veículos pesados (caminhões e ônibus) e nos países em desenvolvimento. / [en] The dissertation analyzes the National Program for the Production and Use of Biodiesel (PNPB), created in 2005, which introduced biodiesel into the Brazilian energy matrix, a renewable and organic fuel that can be produced from vegetable oils, animal fats and used cooking oil. The PNPB established the gradual and partial addition of biodiesel to fossil diesel, whose content should reach 15 percent in 2026. The PNPB was analyzed based on the three pillars of sustainability, considering the economic, social and environmental aspects. In the economy, despite the higher costs of biodiesel than diesel, the PNPB has contributed to reducing diesel imports, improving the trade balance. On the environmental side, biodiesel contributes to the decarbonization of the transport sector by partly replacing diesel consumption. It also helps Brazil to meet its Paris Agreement emission reduction objectives, since biodiesel emits about 70 percent less GHG than fossil diesel. In terms of social contribution, even though it did not fulfill its original objective to prioritize family farming in the North and Northeast, the PNPB instituted tax breaks for biodiesel producers who purchase raw materials from family farmers through the Social Biofuel Certificate, fostering social inclusion, the generation of jobs and income in the countryside and regional development. In this way, the PNPB contributes to the Sustainable Development Goals (SDGs), which include environmental, economic and social goals, which must be met by 2030. The dissertation also analyzes whether there is relevant land use competition between the production of biodiesel with land reserved for environmental conservation or used in food production. Finally, different future scenarios of production and use of biodiesel and biofuels in Brazil are analyzed, in a context in which electric vehicles tend to be increasingly widespread, but with lower intensity in the case of heavy vehicles (trucks and buses) and in developing countries.