Optimal control of energy flows in a Hybrid Electric Vehicle (HEV) is crucial to maximising the benefits of hybridisation. The problem is complex because the optimal solution depends on future power demands, which are often unknown. Stochastic Dynamic Programming (SDP) is among the most advanced control optimisation algorithms proposed and incorporates a stochastic representation of the future. The potential of a fully developed SDP controller has not yet been demonstrated on a real vehicle; this work presents what is believed to be the most concerted and complete attempt to do so. In characterising typical driving patterns of the target vehicles this work included the development and trial of an eco-driving driver assistance system; this aims to reduce fuel consumption by encouraging reduced rates of acceleration and efficient use of the gears via visual and audible feedback. Field trials were undertaken using 15 light commercial vehicles over four weeks covering a total of 39,300 km. Average fuel savings of 7.6% and up to 12% were demonstrated. Data from the trials were used to assess the degree to which various legislative test cycles represent the vehicles’ real-world use and the LA92 cycle was found to be the closest statistical match. Various practical considerations in SDP controller development are addressed such as the choice of discount factor and how charge sustaining characteristics of the policy can be examined and adjusted. These contributions are collated into a method for robust implementation of the SDP algorithm. Most reported HEV controllers neglect the significant complications resulting from extensive use of the electrical powertrain at high power, such as increased heat generation and battery stress. In this work a novel cost function incorporates the square of battery C-rate as an indicator of electric powertrain stress, with the aim of lessening the affliction of real-world concerns such as temperatures and battery health. Controllers were tested in simulation and then implemented on a test vehicle; the challenges encountered in doing so are discussed. Testing was performed on a chassis dynamometer using the LA92 test cycle and the novel cost function was found to enable the SDP algorithm to reduce electrical powertrain stress by 13% without sacrificing any fuel savings, which is likely to be beneficial to battery health.

L’éco-conduite a été identifié comme l’un des moyens efficaces pour l’économie d’énergie dans le domaine des véhicules terrestres. Le gain potentiel en consommation ainsi que sa facilité de mise en œuvre, rendent cette solution très recherchée dans le milieu industriel pour à la fois améliorer la consommation des véhicules mais aussi satisfaire les utilisateurs. Cette thèse contribue au développement d’un système actif d’aide à l’éco-conduite pour assister le conducteur dans son économie d’énergie. Ce système s’appuie sur une optimisation énergétique et tient compte de l’interaction du conducteur avec le véhicule et son usage (la route). Nous avons tout d’abord développé un modèle multi-variable de style de conduite pour représenter le conducteur humain par un modèle virtuel. L’identification des paramètres de ce modèle a permis de caractériser trois styles de conduite sur plusieurs cas d’usage et de reproduire de manière assez fidèle les trois niveaux de consommation de carburant. Considérant les cas d’usage péri-urbains et autoroutiers, le problème d’optimisation de la trajectoire sur des critères énergétiques a été reformulé afin de déterminer un profil de vitesse constant par morceaux minimisant la consommation d’énergie, tout en respectant la durée de trajet désirée et les limitations de vitesse. Le profil de vitesse optimal fournit des vitesses cibles, informations du premier ordre pour réduire la consommation. Plusieurs extensions ont été ensuite introduites dans la trajectoire optimale afin d’y intégrer l’anticipation des phases de décélération et les phases d’accélération. L’originalité principale de cette approche est le temps de calcul extrêmement faible, tout en obtenant des résultats très proches des résultats optimaux issus de méthodes classiques d’optimisation (ex. programmation dynamique). Afin d’aller encore plus loin dans l’éco-conduite, nous avons étudié la possibilité de réduire la consommation d’énergie en intégrant des stratégies de conduite telle que le ''swaying'' qui consiste en une oscillation de la vitesse du véhicule autour d’une vitesse moyenne. Nous avons alors pu montrer que, « en théorie », il existe bien des paramètres permettant de réduire la consommation de cette manière. Le système actif d’aide à l’éco-conduite a donc été développé en conjuguant les deux aspects précédents. Il se base sur le partage de la commande moteur entre le conducteur humain et un contrôleur optimal. Des niveaux de partage variables ont été établis afin de représenter différents niveaux d’économie d’énergie et d’intervention sur la conduite du conducteur. Enfin, ce système d’aide actif a été testé expérimentalement sur un simulateur de conduite. / Eco-driving has been identified as one of the most effective ways to save energy in the field of ground vehicles. The potential gain in fuel consumption reduction as well as its easy implementation, make this solution very sought after in the industrial environment for improving both the fuel consumption of vehicles and the user satisfaction. This thesis contributes to the development of an active eco-driving support system for assisting the driver to improve his fuel economy. This system is based on energy optimization and takes into account the driver's interaction with the vehicle and its use (the road). For this purpose, first of all a multi-variable driving style model is developed to represent the human driver by a virtual model. The identification of the parameters of this model made it possible to characterize three driving styles in several use cases and to reproduce the three levels of fuel consumption fairly accurately. Considering the suburban and motorway use cases, the trajectory optimization problem based on energy criteria has been reformulated in order to determine a piecewise constant velocity profile minimizing energy consumption, while respecting constraints on trip duration and velocity limitations. The optimal velocity profile provides target cruising velocity, which is the first order information to reduce fuel consumption. Several extensions were then introduced in the optimal trajectory in order to incorporate the anticipation of the deceleration phases and the acceleration phases. The main originality of this approach is the extremely low computation time, while obtaining results very close to the optimal solution, achieved by classical optimization methods (e.g. dynamic programming). In order to investigate even further in eco-driving, we have studied the possibility of reducing energy consumption by integrating driving strategies such as ''swaying'', which consists of an oscillation of the vehicle's speed around an average speed. We were then able to show that, "theoretically", this problem can be parametrized so that the energy consumption is reduced. The active eco-driving support system was therefore developed by combining the two previous aspects. It is based on the shared control of the engine between the human driver and an optimal controller. Variable sharing laws have been established to represent different levels of optimal controller intervention on human driver driving, which results to different levels of fuel economy. Finally, this active support system has been tested experimentally on a driving simulator.

The transportation sector has been identified as one of many sources of today's energetic and environmental problems. With constantly increasing numbers of vehicles on the road, non-renewable fossil fuels are becoming scarce and expensive. In addition, due to the pollutant emissions of internal combustion engines, the transportation sector is a major producer of greenhouse gas emissions. To resolve these problems researcher are looking for technological solutions, such as more efficient components and alternative drive train technologies, on one hand. On the other hand, work is being done to ensure the most efficient utilization of available technological resources. Eco driving is one way to immediately reduce a driver's energy consumption. In this thesis the potential gains of eco driving for passenger vehicles will be discussed. The main objective of this work is to, first, identify and compare drive train specific, optimal vehicle operation. Secondly, the effect of real-life constraints on potential gains of eco driving is evaluated. In addition, an approach to integrate mathematical optimization algorithms in an advanced driver assist system for eco driving is proposed. Physical vehicle models are developed for three representative vehicles: the conventional, electric and power-split hybrid vehicle. Using real-life and standard drive cycles a baseline mission is defined by specifying trip and road constraint. Applying the dynamic programming algorithms the trajectory optimization problem is solved, minimizing energy consumption for the trip. The effect of traffic on potential gains of eco driving is discussed, considering a vehicle following situation. Integrating emission constraints in the optimization algorithm the environmental advantages of eco driving are discussed. Finally, the developed algorithms were integrated in a driver assist system. Experimental tests on a driving simulator were used to verify the effectiveness of the system, as well as driver acceptance.

Le problème de la gestion éco-responsable du trafic urbain est adressé. Ce type de gestion du trafic vise à réduire les arrêts des véhicules, les accélérations, la consommation énergétique, ainsi que la congestion. L'éco-management du trafic dans les réseaux urbains peut être catégorisé dans deux classes principales : contrôle du véhicule et contrôle de l'infrastructure. Les deux domaines de contrôle peuvent présenter caractéristiques soit isolées soit coordonnées, en dépendant du type d'information utilisée dans l'optimisation.La gestion du trafic côté véhicule influe sur chaque véhicule en fonction de ses propres caractéristiques et position. Le contrôle isolé du véhicule vise principalement à optimiser la transmission et/ou le profil de conduite des véhicules, en utilisant éventuellement des informations sur les caractéristiques de la route, mais sans communiquer avec les autres agents du réseau. Le contrôle coordonné du véhicule, d'autre part, fait usage de la communication entre les véhicules et avec l'infrastructure pour obtenir des bénéfices plus importants en termes de consommation d'énergie et de fluidité de la circulation.En revanche, la gestion du côté infrastructure influe sur les feux et les panneaux de signalisation, afin d'améliorer les performances de l'ensemble du trafic. Le contrôle isolé de l'infrastructure régule essentiellement les feux de signalisation pour une seule intersection, ou bien les limites de vitesse dans un seul tronçon de route, sans prendre en compte les interactions avec les jonctions et/ou les sections voisines. Le contrôle coordonné de l'infrastructure surmonte cette limitation en utilisant des informations sur les conditions de circulation dans d'autres sections de la route, afin de réduire la congestion.Les contributions de ce travail peuvent être résumées comme suit.Tout d'abord, une solution pour le contrôle coordonné du véhicule a été proposée, dans laquelle la communication avec l'infrastructure est exploitée pour réduire la consommation d'énergie. En particulier, les plans des feux de signalisation sont supposés être communiqués au véhicule et connus, et une vitesse optimale est suggérée au véhicule afin de traverser une séquence de carrefours à feux sans s'arrêter, tout en suivant une trajectoire d'énergie minimale. La stratégie proposée, appliquée indépendamment à chaque véhicule, a été testée dans un simulateur de trafic microscopique afin d'évaluer l'impact sur les performances du trafic. L'analyse a montré que la consommation d'énergie et le nombre d'arrêts peuvent être considérablement réduits sans affecter le temps de parcours.Ensuite, une solution pour le contrôle isolé de l'infrastructure a été proposée. Un modèle macroscopique du trafic urbain a été introduit, et les limites de vitesse variables ont été utilisées pour améliorer les performances de la circulation. L'optimisation vise à trouver un compromis entre la réduction de consommation énergétique et le temps de parcours moyen des véhicules dans le tronçon de route considéré. Des expériences ont démontré qu'il existe une limite de vitesse optimale qui améliore les performances du trafic, et qui réduit la longueur de la file d'attente au feu de signalisation.Enfin, une solution pour le contrôle coordonné de l'infrastructure a été proposée. La synchronisation des feux de signalisation sur les grands axes de circulation a été prouvée efficace pour réduire le temps de parcours. Notre analyse a démontré qu'un problème d'optimisation peut être formalisé pour prendre en compte également les aspects énergétiques. Des expériences approfondies dans un simulateur de trafic microscopique ont montré qu'il existe une corrélation entre la progression du trafic et ses performances. La stratégie de contrôle proposée a montré qu'une réduction significative de la consommation d'énergie peut être atteinte, en éliminant presque complètement les arrêts et le temps d'arrêt, sans affecter le temps de parcours. / The problem of energy-aware traffic management in urban environment is addressed. Such traffic management aims at reducing vehicle stops, accelerations, energy consumption, and ultimately congestion. The eco-management in urban traffic networks may be divided in two broad categories: vehicle-side control and infrastructure-side control. Both control domains can feature isolated or coordinated characteristics, depending on the type of information used in the optimization.The vehicle-side traffic management influences each single vehicle according to its own characteristics and position. Isolated vehicle control aims primarily at optimizing the powertrain and/or the driving profile of the vehicles, possibly using information about the road characteristics, but without communicating with the other agents of the traffic network. Coordinated vehicle control makes use of communication among vehicles and with the infrastructure in order to achieve larger benefits in terms of energy consumption and traffic fluidity.The infrastructure-side management, on the other hand, influences traffic lights and road side panels in order to improve the performance of the traffic as a whole. Isolated infrastructure control regulates essentially the traffic lights at a single signalized intersection, or the speed limits in a single stretch of road, without taking into account the interactions with the neighboring junctions and/or road sections. Coordinated infrastructure control overcomes this limitation by using information about traffic conditions in other road sections to alleviate congestion.The contributions of this work to the energy-aware traffic management may be summarized as follows.Firstly, a solution for the coordinated vehicle control has been proposed, in which communication with the infrastructure is exploited to reduce energy consumption. In particular, the traffic lights timings are assumed to be communicated to the vehicle and known, and the vehicle is suggested an optimal speed to drive through a sequence of signalized intersections without stopping, while following a minimum-energy trajectory. The proposed strategy, independently applied to each vehicle, has been tested in a microscopic traffic simulator in order to assess the impact on the traffic performance. The analysis has demonstrated that the energy consumption and the number of stops can be drastically reduced without affecting the travel time.Then, a solution for the isolated infrastructure control has been proposed. A macroscopic urban traffic model has been introduced, and the variable speed limits have been used as actuation to improve traffic performance. In particular, the analysis has been carried out at saturated traffic conditions, with given and fixed traffic lights scheduling. The optimization aims at reducing the energy consumption in trade-off with the average travel time of the vehicles in the considered road section. Experiments have demonstrated that there exists an optimal speed limit that improves traffic performance and reduces the length of the queue at the traffic light.Lastly, a solution for the coordinated infrastructure control has been proposed. Traffic lights coordination on arterials has been proved to be effective in terms of traffic delay reduction. Our analysis has demonstrated that an optimization problem can be cast to take into account also energetic aspects. Extensive experiments in a microscopic traffic simulator have showed that a correlation exists between traffic progression and traffic performance indexes, such as energy consumption, travel time, idling time, and number of stops. The proposed control strategy has showed that a significant reduction of energy consumption can be achieved, almost completely eliminating number of stops and idling time, without affecting the travel time.

The goal of this work is a design and implementation of an on-board driver’s assistance and assessment system. The system overcomes the problem that typical evaluation of skills is performed by experts who may be subjective and are able to consider only a limited number of factors and indicators. The proposed solution is based on eight indicators, which are associated with the vehicle’s speed, acceleration, jerk, engine rotational speed and driving time. These indicators are used to estimate three driving style criteria: safety, economy and comfort. The comprehensive evaluation is done by merging all indicators into one final score. The system is designed according to User-Centred Design method and follows Internet of Things concept. Raspberry Pi minicomputer is used as a central unit to acquire and store the data during the ride and sending them to a server using GSM network. OBD-II interface is used to obtain the data from the vehicle’s network and GPS and accelerometer modules to acquire additional information. MATLAB environment on a local PC is used to process collected data. An outline of the measurements available from ODB-II interface depending on a car model is made. The proposed system has been implemented and evaluated. The evaluation, conducted by collecting readings for specific road actions at different speeds and with different dynamics, confirms that the chosen indicators reliably represent driver’s behaviour. The system was experimentally validated on a group of drivers. The obtained results prove the system’s ability to quantitatively distinguish different driving styles. The system's stability and usability were verified on long-route test. Moreover, the used spider diagram approach established a convenient visualization platform for multidimensional comparison of the result and comprehensive assessment in an intelligible manner. Overall conclusion is that the developed system is a reliable method of the drivers’ behaviour evaluation.

Under 1980-talet introducerades den första tågsimulatorn i svensk lokförarutbildning. Denna simulator är fortfarande den enda fullskalesimulator som används för att utbilda lokförare i Sverige. En anledning till att det inte finns fler tycks vara att det bl.a. saknas pedagogiska och ekonomiska motiv för en utvidgad användning av simulatorer i undervisning och träning. Energibesparingar inom spårtrafik dvs. att köra tåg energieffektivt är idag mycket aktuellt hos alla tågoperatörer i Sverige. Vissa operatörer utbildar redan sina förare teoretiskt i energieffektiv körning och tester av energieffektiv körning i verklig trafik har visat på en möjlig besparing om 16 % energi efter det att lokförare genomgått en teoretisk utbildning i energieffektiv körning. Då det emellertid fanns en del osäkerhet i mätdata från de tester som genomförts i verklig trafik och betingelserna samt försöksprocedur varierade mellan förarna fanns det ett behov av att undersöka besparingspotentialen under mer kontrollerade former. Dessutom visade sig att utbildning samt tillgång till ett stödsystem under körning gav en mindre besparing i energi (13 %). Således genomfördes en studie med hjälp av en tågsimulator. I simulatorn har man full kontroll på mätdata och betingelserna är lika för alla förare. Simulatorn som användes i studien är utvecklad på VTI (Statens väg- och transportforskningsinstitut) och är modellerad efter en X50 Regina. Syftet med denna studie var således att undersöka om samma teoretiska utbildning i energieffektiv körning, i kombination med simulatorträning under ideala förhållanden skulle ge lika bra eller bättre energibesparing jämfört med resultaten från tester i verklig trafik. Vidare undersöktes effekten av återkoppling under träningen med avseende på energibesparing. I studien deltog 24 lokförarelever som delades in i tre grupper med 8 elever i varje. Två av grupperna fick genomföra två körningar (referens- och testkörning) med utbildning och simulatorträning mellan tillfällena, medan den tredje gruppen (kontrollgrupp) endast genomförde referens- och testkörning utan utbildning och träning. De två grupperna som fick utbildning fick dock träna under två olika betingelser, en med återkoppling (energiförbrukning och banlutning) och en utan återkoppling. Det visade sig att utbildning i energieffektiv körning i kombination med 30 minuters simulatorträning resulterade i en total besparing för båda grupperna på ungefär 24 % energi, om man sen tar hänsyn till att man förbättrar sin körning genom att bara få tillfälle att köra upprepade gånger (kontrollgruppen använde 8 % mindre energi andra gången) så visade det sig att besparingen blev lika stor som den man fann i verklig trafik (16 %). Då resultaten blev lika fast betingelserna var olika finns det anledning till att vidare undersöka hur olika körförhållanden påverkar utfallet. Dessutom behöver man bättre förstå varför utbildning plus stödsystem gav mindre effekt än bara utbildning i verklig trafik samt varför återkoppling under träning inte gav någon påvisbar effekt. Det vill säga det finns anledning till ytterligare insatser för att utforma träning och stödsystem till förarna. Förutom energibesparing visade resultatet att rättidigheten förbättrades efter utbildning och simulatorträning. Resultaten talar för att det finns outnyttjad potential för tågsimulatorer i den svenska lokförarutbildningen både för att träna och utvärdera effekter av utbildningsinsatser. / During the 80’s, the first train simulator was introduced in Swedish train driver education and is still the only full scale simulator being used to educate train drivers in Sweden. The reason for this seems to be a lack of educational and economic motives for an expanded usage of simulators within education and training. Energy savings within the railway domain, i.e. energy-efficient driving, is currently a topic for all train operators in Sweden. Some operators already educate their drivers in energy efficient driving and tests of energy efficiency in real traffic has shown a potential energy saving of 16 %, after drivers have completed a theoretical education in energy-efficient driving. Because there were some uncertainties in the data from the tests carried out in real traffic, where conditions and experimental procedures varied between the drivers and it also turned out that education and access to a support system while driving resulted in a small saving in energy (13 %) there was a need to examine the potential savings under controlled conditions. Therefore, a study was conducted using a train simulator. In the simulator, the researcher has full control over the data and conditions are the same for all drivers. The simulator used in the study was developed by VTI (Swedish National Road and Transport Research Institute) and modeled after an X50 Regina. The purpose of this study was to investigate whether the same theoretical education in energy-efficient driving, in combination with simulator training under ideal conditions, could contribute to the same, or better energy saving compared to the results of the tests from real traffic. Furthermore, the effect of feedback during training with regard to energy savings was also investigated. 24 train driver students were divided into three groups with 8 students in each. Two of these groups completed two sessions (reference and test session) with theoretical education and simulator training between the sessions. The last group (control group) completed two sessions (reference and test session) without education and training between the sessions. The two groups that were given theoretical education conducted their simulator training under two different conditions, where one group trained with feedback (energy consumption and rail gradient) and the other group trained without feedback. It turns out that a theoretical education in energy efficient driving, combined with 30 minutes of simulator training, resulted in a total saving of about 24 % energy for both groups. Also, considering that the control group improved their energy consumption by simply driving the simulator two times (8 % total energy saving), the energy saving was almost equal to the result of the tests in real traffic. Since the results were equal even though the conditions differed, there is reason to investigate how different driving conditions affect the outcome. There is also a need to better understand why education in combination with a support system resulted in a lower energy saving than for those who were only given education during the tests in real traffic, and also why feedback during training in the simulator did not give a detectable effect. Basically, there are many reasons to further investigate how to design simulator training and support systems for train drivers. In addition to the energy savings, the results showed that drivers improved their arrival times i.e. arrive more accurate in relation to the time table. The results suggest that there is great potential for train simulators in the Swedish train driver education, both for training and for evaluating the effects of the training.

It was not that long ago, just in the first half on the 1990s, when mobile phones were first introduced, being big and expensive. All you could do with them was to make phone calls. Since then mobile devices have experienced a great technological advance: we carry smartphones in our pockets that provide Internet access, having accelerometers that can measure acceleration, a gyroscope that can provide orientation information, different wireless interfaces such as Bluetooth connections, and above all, great computing power. On the other hand, the automobile industry has evolved significantly during the last 10 years. One of the most exciting advances in vehicle development is vehicle-to-vehicle V2V communication, which allows cars to communicate with each other over a dedicated Wi-Fi band, and share information about vehicle speed, route direction, traffic flow, and road and weather conditions. An example of such a system is GM's (General Motors) OnStar, introduced in 1996, and that provides automatic response in case of an accident, stolen-vehicle recovery, remote door unlock, and vehicle diagnostics. Also, the standard On Board Diagnosis (OBD-II), available for several years, allows us to connect to the Electronic Control Unit (ECU) via a Bluetooth OBD-II connector. This connection interface allows connectivity between the smartphone and the vehicle, and can be purchased for just over 15 euros. The spectrum of possibilities that arise when combining the car and the smartphone is unlimited, such as performing the diagnosis of the car by assuming the tasks performed by the car's On Board Unit (OBU), or sending the collected data to a platform where the diagnosis or maintenance of the system can be realized in order to detect possible faults, help you to save gas and reduce environment pollution, and notify you of your car's problems, among other features. The general objective pursued with this doctoral thesis is to help drivers to correct bad habits in their driving. To achieve this we promote the combination between smartphones and vehicular networks to design and develop a platform able to offer useful tips to achieve safer driving and greater fuel economy. It is well-known that intelligent driving can lead to lower fuel consumption, with the consequent positive impact on the environment. The proposal that has been carried out in this doctoral thesis begins with the data capture from the vehicles' OBD-II port and data analysis through the use of graphs, maps, and statistics, both, on the server itself and in the smartphone's application developed. We applied data mining techniques and neural networks to analyze, study and generate a classiffication on driving styles based on the analysis of the characteristics of each specific route used for testing. In a second phase, we demostrate the relationship between fuel consumption and driving style. To achieve that goal, the first thing that we had to realize was how to apply different algorithms for the instantaneous consumption calculation (this parameter cannot be obtained directly from the vehicle ECU). Later, we studied and analyzed all data that was collected from the drivers who shared their monitored data with the server. Although drivers do not recognize themselves as being in a state of anxiety while driving, they are more stressed than in any other daily activity, for example, when trying to stay in the right lane, keeping the car at a certain speed, and starting and stopping the vehicle. In general, drivers are more concentrated than they think, which causes an increase in the heart rate. Many factors influence heart rate while at rest, e.g. stress, medications, medical conditions, even genes play a role. In our study we also investigate how stress and the driving behavior influence the heart rate. So, in the last phase, we demostrate the correlation between heart rate and driving style, showing how the driving style can make the heart rate vary by 3 %. / No hace mucho tiempo, tan sólo en la primera mitad en la década de los 90, cuando los teléfonos móviles aparecieron, eran grandes y caros, todo lo que se podía hacer con ellos era realizar llamadas telefónicas. Desde entonces los dispositivos móviles han experimentado un gran avance tecnológico, llevamos teléfonos inteligentes en el bolsillo con acceso a Internet, acelerómetros que calculan la aceleración instantánea, giroscopios que proporcionan información de orientación, diferentes conexiones inalámbricas como Bluetooth, y sobre todo, gran capacidad de computación. Por otro lado, la industria del automóvil ha evolucionado mucho durante los últimos 10 años. Uno de los avances más interesantes en el desarrollo de vehículos ha sido la conectividad, V2V, o comunicación vehículo a vehículo, permite a los automóviles comunicarse mediante Wi-Fi y compartir información sobre la velocidad del vehículo, la dirección de la ruta actual, el tráfico, así como las condiciones de la carretera y las condiciones ambientales. Por otra parte, el estándar On Board Diagnosis (OBD-II), disponible desde hace varios años, permite conectarnos de forma sencilla a la ECU (Electronic Control Unit) mediante un conector Bluetooth OBD-II. Este interfaz de conexión permite la conectividad entre el dispositivo móvil y el vehículo, se puede adquirir por poco más de 15 euros. El espectro de posibilidades que surgen al combinar el automóvil y el Smartphone es amplísimo, como por ejemplo realizar el diagnóstico del coche a través del móvil asumiendo las tareas que hace la unidad On Board Unit (OBU) del coche, o bien enviar los datos recogidos a una plataforma donde se pueda realizar el diagnóstico o mantenimiento del sistema, detectando posibles fallos puede ayudar a ahorrar en el consumo de combustible, notificar los problemas del coche en tiempo real, entre otras características. El objetivo general que se persigue con esta tesis doctoral es ayudar al conductor a corregir malos hábitos en su forma de conducción. Conseguimos esto mediante la combinación entre smartphones y las redes vehiculares, diseñamos y desarrollamos una plataforma capaz de ofrecer consejos útiles para conseguir una conducción más segura y un mayor ahorro de combustible. Es conocido que una conducción inteligente puede llevarnos a un menor consumo de combustible, con el consiguiente impacto positivo que ello conlleva sobre el medio ambiente. La propuesta que se ha llevado a cabo en esta tesis doctoral comienza con la obtención de los datos desde el OBD-II del coche y su presentación y análisis mediante el uso de gráficas, mapas, estadísticas, tanto en el propio servidor como en la aplicación móvil desarrollada para la obtención de datos recibidos desde la ECU. Se aplicaron técnicas de minería de datos y redes neuronales para analizar, estudiar y generar una clasificación sobre los estilos de conducción en base al análisis de las características de la vía sobre la que ha realizado la ruta. En una segunda fase se demostró la relación entre el consumo de combustible con el estilo de conducción, para ello lo primero que tuvimos que realizar fue aplicar diversos algoritmos para el cálculo del consumo instantáneo, este parámetro no es posible obtenerlo directamente de la ECU del vehículo. Posteriormente se realizó el estudio y el análisis de todos los datos que se recogieron de los conductores que se prestaron a la realización del estudio enviando los datos al servidor. Muchos factores influyen en la frecuencia cardíaca en reposo, por ejemplo, el estrés, los medicamentos, las condiciones médicas, incluso los genes tienen su influencia, el envejecimiento tiende a acelerarlo, y el ejercicio regular tiende a ralentizarlo. En nuestro estudio también investigamos cómo el estrés y el comportamiento en la conducción influyen en la frecuencia cardíaca. En la última fase vemos la correlación existente entre el ri / No fa molt de temps, tan sols en la primera mitat en la dècada dels 90, quan els telèfons mòbils van aparéixer, eren grans i cars, tot el que es podia fer amb ells era realitzar telefonades. Des de llavors els dispositius mòbils han experimentat un gran avanç tecnològic, portem telèfons intel_ligents en la butxaca amb accés a Internet, acceleròmetres que calculen l'acceleració instantània, giroscopis que proporcionen informació d'orientació, diferents connexions sense _ls com Bluetooth, i sobretot gran capacitat de computació. D'altra banda, la indústria de l'automòbil ha evolucionat molt durant els últims 10 anys. Un dels avanços més interessants en el desenrotllament de vehicles ha sigut la connectivitat, V2V, o comunicació vehicle a vehicle, permet als automòbils comunicar-se per mitjà de la banda de Wi-Fi i compartir información sobre la velocitat del vehicle, la direcció de la ruta actual, les condicions del trà_c, així com l'estat de la carretera i les condicions ambientals. D'altra banda l'estàndard On Board Diagnosi (OBD-II), disponible des de fa diversos anys, permet connectar-nos de forma senzilla a l'ECU (Electronic Control Unit) per mitjà d'un connector Bluetooth OBD-II. Esta interfície de connexió permet la connectivitat entre el dispositiu mòbil i el vehicle, es pot adquirir per poc més de 15 euros. L'espectre de possibilitats que sorgixen al combinar l'automòbil i el Smartphone és il_limitat, com per exemple realitzar el diagnòstic del cotxe a través del móvil assumint les tasques que fa la unitat On Board Unit (OBU) del cotxe, o bé enviar les dades arreplegades a una plataforma on es puga realitzar el diagnòstic o manteniment del sistema, detectant possibles fallades, ajuda a estalviar en el consum de combustible, noti_car els problemes del cotxe en temps real, entre altres característiques. L'objectiu general que es perseguix amb esta tesi doctoral és ajudar al conductor a corregir mals hàbits en la seua forma de conducció. Aconseguim açò mitjançant de la combinació entre smartphones i les xarxes vehiculares, dissenyem i desenrotllem una plataforma capaç d'oferir consells útils per a aconseguir una conducció més segura i un major estalvi de combustible. És conegut que una conducció intel_ligent pot emportar-nos a un menor consum de combustible, amb el consegüent impacte positiu que això comporta sobre el medi ambient. La proposta que s'ha dut a terme en esta tesi doctoral comença amb l'obtenció de les dades des de l'OBD-II del cotxe i la seua presentació i anàlisi per mitjà de l'ús de grà_ques, mapes, estadístiques, tant en el propi servidor, com en l'aplicació mòbil desenrotllada per a l'obtenció de dades rebudes des de l'ECU. S'apliquen tècniques de mineria de dades i xarxes neuronals per a analitzar, estudiar i generar una classi_cació sobre els estils de conducció basant-se en l'anàlisi de les característiques de la via sobre la qual ha realitzat la ruta. En una segona fase es va a demostrar la relació entre el consum de combustible amb l'estil de conducció, per a això la primera cosa que vam haver de realizar va ser aplicar diversos algorismes per al càlcul del consum instantani, este paràmetre no és possible obtindre-ho directament de l'ECU del vehicle. Posteriorment es va realitzar l'estudi i l'anàlisi de totes les dades que es van arreplegar dels conductors que es van prestar a la realització de l'estudi enviant les dades al servidor. Molts factors in_ueixen en la freqüència cardíaca en repòs, per exemple, l'estrès, els medicaments, les condicions mèdiques, _ns i tot els gens tenen la seua in_uència, l'envelliment tendeix a accelerar-ho, i l'exercici regular tendeix a ralentir-ho. En el nostre estudi només estem interessats en com l'estrès i el comportament en la conducció in_ueixen en la freqüència cardíaca. En l'última fase vam veure la correlació existent entre el ritme cardíac i l'estil de conducci / Meseguer Anastasio, JE. (2017). A novel framework to promote eco-driving through smartphone-vehicle integration [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/84287 / TESIS

Optimal Control (OC) is essentially a mathematical extremal problem. The procedure consists on the definition of a criterion to minimize (or maximize), some constraints that must be fulfilled and boundary conditions or disturbances affecting to the system behavior. The OC theory supplies methods to derive a control trajectory that minimizes (or maximizes) that criterion. This dissertation addresses the application of OC to automotive control problems at the powertrain level, with emphasis on the internal combustion engine. The necessary tools are an optimization method and a mathematical representation of the powertrain. Thus, the OC theory is reviewed with a quantitative analysis of the advantages and drawbacks of the three optimization methods available in literature: dynamic programming, Pontryagin minimum principle and direct methods. Implementation algorithms for these three methods are developed and described in detail. In addition to that, an experimentally validated dynamic powertrain model is developed, comprising longitudinal vehicle dynamics, electrical motor and battery models, and a mean value engine model. OC can be utilized for three different purposes: 1. Applied control, when all boundaries can be accurately defined. The engine control is addressed with this approach assuming that a the driving cycle is known in advance, translating into a large mathematical problem. Two specific cases are studied: the management of a dual-loop EGR system, and the full control of engine actuators, namely fueling rate, SOI, EGR and VGT settings. 2. Derivation of near-optimal control rules, to be used if some disturbances are unknown. In this context, cycle-specific engine calibrations calculation, and a stochastic feedback control for power-split management in hybrid vehicles are analyzed. 3. Use of OC trajectories as a benchmark or base line to improve the system design and efficiency with an objective criterion. OC is used to optimize the heat release law of a diesel engine and to size a hybrid powertrain with a further cost analysis. OC strategies have been applied experimentally in the works related to the internal combustion engine, showing significant improvements but non-negligible difficulties, which are analyzed and discussed. The methods developed in this dissertation are general and can be extended to other criteria if appropriate models are available. / El Control Óptimo (CO) es esencialmente un problema matemático de búsqueda de extremos, consistente en la definición de un criterio a minimizar (o maximizar), restricciones que deben satisfacerse y condiciones de contorno que afectan al sistema. La teoría de CO ofrece métodos para derivar una trayectoria de control que minimiza (o maximiza) ese criterio. Esta Tesis trata la aplicación del CO en automoción, y especialmente en el motor de combustión interna. Las herramientas necesarias son un método de optimización y una representación matemática de la planta motriz. Para ello, se realiza un análisis cuantitativo de las ventajas e inconvenientes de los tres métodos de optimización existentes en la literatura: programación dinámica, principio mínimo de Pontryagin y métodos directos. Se desarrollan y describen los algoritmos para implementar estos métodos así como un modelo de planta motriz, validado experimentalmente, que incluye la dinámica longitudinal del vehículo, modelos para el motor eléctrico y las baterías, y un modelo de motor de combustión de valores medios. El CO puede utilizarse para tres objetivos distintos: 1. Control aplicado, en caso de que las condiciones de contorno estén definidas. Puede aplicarse al control del motor de combustión para un ciclo de conducción dado, traduciéndose en un problema matemático de grandes dimensiones. Se estudian dos casos particulares: la gestión de un sistema de EGR de doble lazo, y el control completo del motor, en particular de las consignas de inyección, SOI, EGR y VGT. 2. Obtención de reglas de control cuasi-óptimas, aplicables en casos en los que no todas las perturbaciones se conocen. A este respecto, se analizan el cálculo de calibraciones de motor específicas para un ciclo, y la gestión energética de un vehículo híbrido mediante un control estocástico en bucle cerrado. 3. Empleo de trayectorias de CO como comparativa o referencia para tareas de diseño y mejora, ofreciendo un criterio objetivo. La ley de combustión así como el dimensionado de una planta motriz híbrida se optimizan mediante el uso de CO. Las estrategias de CO han sido aplicadas experimentalmente en los trabajos referentes al motor de combustión, poniendo de manifiesto sus ventajas sustanciales, pero también analizando dificultades y líneas de actuación para superarlas. Los métodos desarrollados en esta Tesis Doctoral son generales y aplicables a otros criterios si se dispone de los modelos adecuados. / El Control Òptim (CO) és essencialment un problema matemàtic de cerca d'extrems, que consisteix en la definició d'un criteri a minimitzar (o maximitzar), restriccions que es deuen satisfer i condicions de contorn que afecten el sistema. La teoria de CO ofereix mètodes per a derivar una trajectòria de control que minimitza (o maximitza) aquest criteri. Aquesta Tesi tracta l'aplicació del CO en automoció i especialment al motor de combustió interna. Les ferramentes necessàries són un mètode d'optimització i una representació matemàtica de la planta motriu. Per a això, es realitza una anàlisi quantitatiu dels avantatges i inconvenients dels tres mètodes d'optimització existents a la literatura: programació dinàmica, principi mínim de Pontryagin i mètodes directes. Es desenvolupen i descriuen els algoritmes per a implementar aquests mètodes així com un model de planta motriu, validat experimentalment, que inclou la dinàmica longitudinal del vehicle, models per al motor elèctric i les bateries, i un model de motor de combustió de valors mitjans. El CO es pot utilitzar per a tres objectius diferents: 1. Control aplicat, en cas que les condicions de contorn estiguen definides. Es pot aplicar al control del motor de combustió per a un cicle de conducció particular, traduint-se en un problema matemàtic de grans dimensions. S'estudien dos casos particulars: la gestió d'un sistema d'EGR de doble llaç, i el control complet del motor, particularment de les consignes d'injecció, SOI, EGR i VGT. 2. Obtenció de regles de control quasi-òptimes, aplicables als casos on no totes les pertorbacions són conegudes. A aquest respecte, s'analitzen el càlcul de calibratges específics de motor per a un cicle, i la gestió energètica d'un vehicle híbrid mitjançant un control estocàstic en bucle tancat. 3. Utilització de trajectòries de CO com comparativa o referència per a tasques de disseny i millora, oferint un criteri objectiu. La llei de combustió així com el dimensionament d'una planta motriu híbrida s'optimitzen mitjançant l'ús de CO. Les estratègies de CO han sigut aplicades experimentalment als treballs referents al motor de combustió, manifestant els seus substancials avantatges, però també analitzant dificultats i línies d'actuació per superar-les. Els mètodes desenvolupats a aquesta Tesi Doctoral són generals i aplicables a uns altres criteris si es disposen dels models adequats. / Reig Bernad, A. (2017). Optimal Control for Automotive Powertrain Applications [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90624 / TESIS

Bakgrund & Problem: Transport och distribution utgör grundläggande aktiviteter i ett transportföretag, såsom en 3PL-aktörs, verksamhet. I denna verksamhet är tunga transporter vanligt förekommande vilket utgör en betydande del av världens totala koldioxidutsläpp. Samtidigt som bränsleförbrukning står för en stor del av ett åkeris totala kostnader driver det även CO2-utsläpp i en redan, sett ur ett miljömässigt perspektiv, ansträngd värld. Att på sikt reducera dem globala CO2-utsläppen kommer kräva en omställning av transportsektorn och en övergång från fossila bränslen till mer förnyelsebara. För det enskilda åkeriet kan minskad bränsleförbrukning sänka kostnaderna samtidigt som det är fördelaktigt för miljön då det leder till minskade CO2-utsläpp. Vad driver då bränsleförbrukningen i ett åkeri? I denna studie ligger fokus främst på sparsam körning, transportplanering och teknologi som de faktorer som påverkar bränsleförbrukningen. I sammanhanget är även val av bränsle relevant men denna faktor har analyserats separat då det snarare är en faktor som driver CO2-utsläpp än bränsleförbrukningen i sig. Syfte: Syftet med denna studie är att studera ett urval av transportföretaget GDL:s åkerier och dess verksamhet med primärt fokus på bränsleförbrukning och CO2-utsläpp. Ambitionen vid arbetets slut är att kunna betygsätta åkeriernas verksamhet med utgångspunkt i deras bränsleförbrukning och de faktorer som driver den. Studien syftar även till att klargöra maktförhållandet mellan uppdragsgivare, som GDL, och åkerier. Metod: Studien tillämpar ett positivistiskt vetenskapligt synsätt med abduktion som angreppssätt. Baserat på de frågeställningar som studeras i detta arbete har en kvalitativ forskningsmetod applicerats överlag med små inslag av kvantitativa aspekter. Slutsats: De faktorer som huvudsakligen driver bränsleförbrukning är sparsam körning, transportplanering och teknologi. Sparsam körning är den faktor som denna studie bedömer ha störst påverkan och en fullständig implementering kan resultera i en bränslereduktion på 10-30 5(95) procent. Förutom mängden bränsle som förbrukas har även val av bränsle möjligheten att påverka företag positivt, främst miljömässigt men även ekonomiskt, där alternativa bränslen är huvudsakligt fokus. I denna studie hanteras bränslen som är förekommande inom studiens åkerier och bland dessa har HVO klart lägst CO2-utsläpp. Inflytandet från större aktörer, som GDL, är i nuläget svårt att precisera och varierar mellan åkerier. GDL:s position på marknaden borde, om så önskas, möjliggöra att ett större inflytande utövas gentemot de mindre aktörer som till stor del kör åt GDL. / Background & Problem: Transportation and distribution, such as 3PL, pose an essential part of a logistics company’s scope of duties; especially heavy transports, which account for a big part of the worldwide CO2-emissions, are an essential part of the business. Whilst fuel consumption makes up the majority of a company’s total consecutive expenses, it also augments carbon dioxide emission in our already flawed world. Therefore, the aim in the long run is a readjustment in the transport sector which includes the transition from fossil fuels towards renewable energy sources as well as the reduction of fuel consumption in general. This is also in the interest of the distribution companies, as they thereby can save expenses and reduce their ecological footprint at the same time. Yet, what determines the fuel consumption of a distribution company? To decry that, this study will primarily focus on eco-driving, route planning as well as technology as the main drivers of fuel consumption. It hereby is necessary to consider the chosen kind of fuel as an important factor regarding the CO2-emissions; this, however, will be analyzed separately. Purpose: The purpose of this paper is to study a selection distribution companies that primarily work on behalf of GDL, to examine which factors drive fuel consumption and CO2 emissions 6(95) within these companies. This papers ambition is to fairly evaluate the distribution companies and grade them accordingly, based on factors that drive fuel consumption and CO2 emissions. Additionally, this paper also aims to clarify the power structure between outsourcers, such as GDL, and their distributors. Method: This paper applies a positivistic scientific view with abduction as an approach. Based on this papers research questions it was determined that a qualitative research method should be applied throughout the study, with minor quantitative elements. Conclusions: The main factors for fuel consumption are parsimonious driving, route planning as well as technology. Hereby, frugal driving was ranked as the most important one as it can lead to a saving of 10-30 percent. Furthermore, the amount of used fuel can be positively influenced through the choice of certain fuel types. This has economical as well as ecological effects; the study focusses on renewable fuels, such as HVO, which has by far the lowest CO2- emissions amongst the fuels that were drawn into consideration. Influence by bigger actors, such as GDL, makes it hard to determine between different companies’ standings, as GDL’s position directly influences their smaller distributers.

demand for truck transportation is increasing and in the shadow the CO2 (carbon dioxide) emissions. In many parts of the world the majority of the transportation of goods is done by long-haulage trucks. More than 60% of all goods transported in Brazil are made by trucks (André Luiz Cunhaa, 2011). Therefore, it is critical to find solutions and actions on how to reduce the CO2 footprint.This thesis presents an evaluation of the knowledge and perceptions of sustainability among truck drivers and long-haulage freight transport companies in Brazil. For this, surveys to drivers and with a combination of surveys and interviews to logistics companies were done. The surveys and interviews covered energy and environmental related questions such as eco-driving, alternative fuels, fuel reductions actions, emissions, engine efficiency and the EU emissions standards.It has been found that only slightly more than half of the truck drivers have education in eco-driving despite that eco-driving is considered as the strongest action for reducing fuel consumption. In addition, many drivers do not know the benefits with eco-driving. However, this lack of knowledge among the drivers is in contrast known by the logistic companies. All logistics companies stated that eco-driving can decrease the fuel consumption by 10%, based on experience. The results are also an indication that there is a connection between companies with profit and eco-driving education. For companies with profit, 70% of the truck drivers have been educated in eco-driving, whereas companies with economic loss only 50% of the truck drivers are educated eco-driving . Another finding is that around half of the driver does not know the difference between the European emissions standards, again in contrast to the logistic companies management were all contacted knew the difference, i.e. emissions. This potentially indicates a lack of knowledge exchange between the management in logistic companies and the truck drivers.In addition to eco-driving, the drivers and logistics companies consider driving outside peak hours and the use of connectivity as strong actions for reducing their fuel consumption. Increasing the load capacity and custom made truck was not a frequent answer when asking how the drivers think they can reduce their fuel consumption. A result is also that one third of the logistic companies have been considering switching from petroleum diesel to alternative fuels.Both the truck drivers and the logistic companies know that the currently used trucks are not a sustainable transportation mode. They see the lack of economic incentives as the highest barrier for a more environment friendly transportation system and not the technology needed.In order to reduce the greenhouse gas emissions from the long-haulage sector, more drivers must be educated in eco-driving and the knowledge has to be increased regarding among other the benefits with eco-driving and the difference between the Euro standards. Decreasing the amount of empty trips is also an approach that should receive more attention. / Efterfrågan på lastbilstransporter ökar och därmed utsläppen av koldioxid. I många delar av världen görs majoriteten av godstransporter av lastbilar. Mer än 60% av alla gods som transporteras i Brasilien utförs av lastbilar (André Luiz Cunhaa, 2011). Därför är det viktigt att hitta lösningar och åtgärder för att minska koldioxidavtrycket från sektorn.Denna uppsats presenterar en utvärdering av kunskapen och uppfattningarna om hållbarhet hos de lastbilsförare och godstransportföretag i Brasilien. För detta genomfördes enkätutdelning till förare och med en kombination av enkätutdelning och intervjuer hos logistikföretagen. Undersökningarna och intervjuerna omfattade energi- och miljörelaterade frågor som eco-driving, alternativa bränslen, bränslereducerande åtgärder, CO2 utsläpp, motor effektivitet och EU: s utsläppsnormer (Euro 1-5).Det har visat sig att endast drygt hälften av lastbilschaufförerna har utbildning i eco-driving trots att eco-driving anses vara den starkaste åtgärden för att minska bränsleförbrukningen. Däremot vet många förare inte fördelarna med eco-driving. Denna brist på kunskap bland förarna är däremot känd av de logistiskföretagen ledning. Samtliga logistikföretag uppgav att eco-drivning kan minska bränsleförbrukningen med 10%, baserat på erfarenheter. Enkätresultaten visar också en indikation på att det finns en koppling mellan företag med vinst och eco-driving. För företag med vinst har 70% av lastbilschaufförerna utbildats i eco-driving, medan företag med ekonomisk förlust där endast 50% av lastbilschaufförerna är utbildade eco-driving. Ett annat resultat är att ungefär hälften av föraren inte känner till skillnaden mellan de europeiska utsläppsnormerna, i motsats till logistiskföretagens ledning där alla kontaktade visste skillnaden, det vill säga utsläpphalten. Detta indikerar en brist på kunskapsutbyte mellan ledningen i logistikföretag och lastbilsförarna.Förutom eco-driving ser både lastbilschafförerna och logistikbolagen körning utanför rusningstraffiken samt användning av connectivity som starka åtgärder för att minska bränsleförbrukningen. Att öka lastkapaciteten och custom made trucks var inte ett vanligt svar när enkäten frågade hur förarna tror att de kan minska sin bränsleförbrukning. Ett resultat är också att en tredjedel av de logistiskbolagen har övervägt att byta från petroleumdiesel till alternativa bränslen.Både lastbilsförarna och logistikföretagen vet att de för nuvarande använda lastbilarna inte är hållbart ur ett miljöperspektiv. De ser bristen på ekonomiska incitament som det högsta hinderet för ett miljövänligare transportsystem och inte brist på teknik.För att minska utsläppen av växthusgaser från långdistanssektorn måste fler förare utbildas i eco-driving och kunskapen måste ökas, bland annat med fördelarna med eco-driving och skillnaden mellan Euro-normerna. Att minska antalet tomma resor är också ett tillvägagångssätt som bör uppmärksammas mer.