[pt] Como em toda grande empresa da indústria de óleo e gás, fortemente integrada e altamente rentável, várias são as oportunidades de buscar e encontrar processos logísticos com reais possibilidades de otimização e melhoria. Neste tipo de companhia, encontramos diversas cadeias de suprimento subjacentes ao processo, que por seu porte e complexidade, seriam consideradas principais em diversas outras indústrias ou ramos de serviços. Neste contexto, a presente dissertação se propõe a analisar as etapas e percalços para implantação e manutenção de um software de roteirização como ferramenta para planejamento de frota e rota de transporte de funcionários em regime de turno de uma refinaria. O cenário escolhido para o piloto é uma refinaria de grande porte do estado do Rio de Janeiro. O estudo revisa a bibliografia existente, descreve as principais etapas de coleta e tratamento de dados, mede através do software TRANSCAD as distâncias das rotas propostas e verifica se o potencial ganho obtido em relação à solução em análise justificaria a aquisição de uma ferramenta para este fim. / [en] As in many big oil and gas companies, there are a lot of opportunities to search and find logistics processes with real possibilities for optimization and improvement. In this kind of company there are some supply chains, that are not core chains wich could be considered as main chains in many other industries or service areas due to their size and complexity. Regarding that issue, the present work proposes to analyze the steps and problems related to launching and maintaining a routing software as a solution for vehicle fleet planning and refinery s employees transportation routing. A big refinery placed in Rio de Janeiro state is the chosen scenario. This study reviews the present literature on the theme, describes the main steps on this research and data treatment, uses the software TRANSCAD to measure de length of the proposed routes and finds out if the potential gain with the software solution justifies the acquisition of this tool.

[pt] Com o advento do comércio eletrônico, o mercado passou a atuar cada vez mais intensamente através de suas fronteiras geográficas e, como consequência, as empresas necessitam constantemente de inovações e melhorias na gestão de suas operações para se manterem competitivas. Desta forma, encontrar soluções de fretes que consigam atender longas distâncias em um curto prazo pode ser tão decisivo quanto o fator custo, por isso, os estudos acadêmicos em otimização de rotas intermodais estão em contínua evolução para se aproximarem dos modelos reais. Nesse contexto, esta dissertação busca solucionar um problema de roteamento aeroterrestre de transporte de cargas, com linhas aéreas predeterminadas e frotas próprias e heterogêneas. Uma extensão do problema de roteamento de veículos é elaborada com a inclusão de arcos que representam as possíveis linhas aéreas. O modelo é aplicado em um resolvedor de Programação Linear Inteira Mista e, primeiramente, é realizado um teste de validação com demandas fictícias em todos os locais. Em seguida, o modelo é aplicado no planejamento real de um órgão governamental em três períodos distintos. São realizadas análises sobre a velocidade de solução; a decisão de utilizar o modal aéreo, terrestre ou intermodal; e sobre os ganhos do modelo. Em comparação com as rotas efetivamente realizadas, o modelo traz redução de 7 por cento a 55 por cento dos custos com transportes. Com esses resultados, conclui-se que é imprescindível que os detentores de frota própria de aeronaves e caminhões utilizem o modal aéreo apenas como atividades acessórias, ou seja, que estejam cumprindo outras missões em conjunto (transporte de passageiros, por exemplo), ou para atender locais remotos. / [en] With the advent of e-commerce, the market has started to act more and more intensively across its geographic borders and, as a consequence, companies constantly need innovations and improvements in the management of their operations in order to remain competitive. Thus, finding freight solutions that can serve long distances in the short term can be as decisive as the cost factor, for this reason, academic studies in intermodal routing optimization are continually evolving to approach real models. In this context, this thesis seeks to solve a problem of air-land cargo routing, with predetermined airlines and their own heterogeneous fleets. We elaborated an extension of the vehicle routing problem by including arcs that represent overhead lines. The model is applied to a Mixed Integer Linear Programming solver and, firstly, a validation test is performed with fictitious demands in all locations. It is then applied to the actual planning of a government agency in three different periods. We performed analyses on the solution speed; the decision to use the air, land or intermodal modal; and about the earnings of the model. In comparison with the routes actually carried out, the model reduces transport costs by 7 percent to 55 percent. With this results, it is concluded that it is essential that owners of their aircraft and trucks fleet use the air modal only as secondary activities, in other words, that they are fulfilling more missions together (transportation of passengers, for example), or to deliver to remote locations.

[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] Em veículos de competição com velocidades elevadas, o principal objetivo é chegar em primeiro lugar, o que significa percorrer um determinado número de voltas em uma trajetória fechada fazendo algumas manobras para cumprir o circuito no menor tempo possível, dentro das limitações impostas pelas caracteristicas dinâmicas e de condução destes veículos. A otimização é uma metodologia que pode ser usada para reproduzir trajetórias e técnicas de condução usadas pelos pilotos de corrida, e também para investigar os efeitos de vários parâmetros nas condições limites da estabilidade veicular. Neste trabalho, inicialmente é apresentado o desenvolvimento de um modelo dinâmico do veículo considerando as caracterítiscas suficientes para análise da trajetória, influenciada por parâmetros geométricos e físicos pertinentes. Em seguida é definido o problema de obtenção da trajetória empregando procedimentos de otimização, de modo a determinar como um veículo irá percorrer um traçado, considerando como função objetivo o tempo de percurso, que deverá ser mínimo, e tendo como restrições as condições dinâmicas do veículo e geométricas da pista, implementando rotinas que são usadas em conjunto com os algoritmos existentes na Optimization Toolbox do Matlab. Finalmente apresenta-se o comportamento do veículo, representado pelo modelo desenvolvido anteriormente em uma malha de controle de trajetória, de modo a comparar o comportamento assim obtido com aquele previsto pelo procedimento de otimização. / [en] High speed competition vehicles are required to cover a determined number of laps in a closed trajectory circuit in a time that is the least possible, in the limits of the governing dynamic and driving characteristics of these vehicles. Optimization is a methodology that can be used in order to simulate trajectories and driving techniques of used by the competition pilots and to investigate the effects of several parameters in limit conditions of car stability. In this work it is first presented the development of the vehicle model considering the sufficient characteristics for trajectory analysis, influenced by pertinent geometric and physical parameters. In continuation, the problem of the optimal trajectory is defined using optimization procedures, in order to determine how a vehicle will follow the path, considering as an objective function the time to follow it, that must be the minimum, and having as constraints the vehicle dynamic conditions and the path geometry, implementing routines that are used with the Matlab´s Optimization Toolbox. Finally the behavior of the vehicle is presented, represented by the model developed previously in a trajectory control loop, in such a way to compare the resulting behavior with the one predicted by the optimization procedure.

[pt] Apresentam-se nesta dissertação os principais modelos para análise e simulação de colisões e reconstituição de acidentes, desenvolvidos especialmente para reproduzir a dinâmica de uma colisão de forma adequada. Esse tipo de tratamento está se tornando uma indispensável ferramenta de auxílio nas perícias judiciais e para uma melhor interpretação de problemas de colisão em geral. Os programas desenvolvidos em MATLAB são baseados na implementação das equações relacionadas à interação entre os veículos, supostos rígidos, que ocorre durante uma colisão e são aplicáveis aos casos de colisões centrais e oblíquas, gerando resultados válidos e compatíveis aqueles obtidos através da teoria de conservação da quantidade de movimento, e com as medições realizadas após os acidentes. / [en] It is shown in this dissertation the main models for collisions analysis and simulation and accidents reconstruction, developed specially to reproduce the collision dynamics by an appropriated approach. This approach are becoming an indispensable tool of help for a better interpretation of collision and forensic problems. The MATLAB programs developed are based on implementation of equations related to rigid vehicles interaction in a collision, and are applicable for the central and oblique collisions, supplying valid and compatible results to those obtained by momentum conservation theory, and accidents experimental data.

[pt] É apresentado um procedimento para simulação de colisões de veículos terrestres deformáveis, cuja entrada são as condições imediatamente anteriores ao choque, produzindo como saída a evolução das variáveis ao longo do tempo de duração do impacto. Foram feitas simulações de casos semelhantes aos apresentados na literatura, e os resultados obtidos validaram os modelos criados. O procedimento foi implementado em Simulink/MatLab, seguindo a mesma estrutura dos demais programas em desenvolvimento nesta linha de pesquisa, de modo a futuramente integrá-lo aos pré- processadores e pós-processadores gráficos do programa SVDV - Simulação e Visualização da Dinâmica de Veículos. / [en] A procedure for the simulation of flexible ground vehicles collisions is presented, which uses the conditions at the instant just before the impact as input variables and the evolution of the dynamic variables during the collision as output. Various simulations are presented and compared to similar cases found in the literature, what validates the proposed models. The algorithm was implemented using Simulink/Matlab software and used the same structure of the other programs under development in this area, in order to integrate it to graphic pre-processors and post-processors available in SVDV program - Simulation and Visualization of Vehicle Dynamics.

[pt] O problema de roteamento de veículos escolares, do inglês School Bus Routing Problem (SBRP), trata de planejar as rotas de uma frota de veículos para locomover os alunos dos pontos de embarque até suas respectivas escolas. O SBRP é um caso especial do problema de roteamento de veículos, do inglês Vehicle Routing Problem (VRP) e é conhecido por ser um problema NP-difícil. A maior parte da literatura referente ao SBRP se concentra, principalmente, em modelos matemáticos para resolver o problema de roteamento aplicando restrições da vida real. Já em relação à geocodificação dos endereços das escolas e alunos, bem como a busca de distâncias e tempos de deslocamentos reais, estas também são pontos de vital importância, visto que as distâncias reais se diferem da euclidiana e geodésica principalmente em áreas rurais, região de estudo deste trabalho. Neste contexto, uma metodologia é proposta para o problema, junto com um protótipo para automatizar os procedimentos necessários para à obtenção de informações, cuja a aplicação, a partir de um cenário real no contexto brasileiro, é apresentada e dividida em oito fases: definir abrangência, geocodificar o endereço de escolas, alunos e pontos de embarque, definir as características, calcular a distância e o tempo de percurso, montar o banco de dados georreferenciado e de veículos, aplicar uma ferramenta para a obtenção das rotas, geoespacilizar as rotas e elaborar diagnóstico. A proposta é testada aplicando uma ferramenta para a obtenção das rotas que utiliza a meta-heurística Adaptative Large Neighborhood Search (ALNS) para resolver instâncias do VRP. Desta forma, uma das contribuições do estudo consiste no georreferenciamento das unidades escolares estaduais, estando as informações presentes na plataforma do Google Maps para visualização do público. No estudo são localizados e roteados 150 alunos de 7 unidades escolares da cidade de Nova Friburgo. O resultado apresenta valores consistentes e satisfatórios, demonstrando economia média de 41,62 por cento nos custos praticados nas rotas. / [en] The School Bus Routing Problem (SBRP) deals with planning the routes of a fleet of vehicles to move the students from boarding points to their respective schools. The SBRP is a special case of Vehicle Routing Problem (VRP) and is known to be an NP-hard problem. Most of the SBRP literature focuses, mainly, on mathematical models to solve the routing problem by applying real-life restrictions. Regarding the geocoding of the addresses of schools and students, as well as the search for distances and times of real displacements, are also points of vital importance, since the actual distances differ from the euclidean and geodesic ones mainly in rural areas, study region this work. In this context, a methodology is proposed for the problem, along with a prototype to automate the procedures required to obtain information, whose application, based on a real scenario in the Brazilian context is presented, divided into eight phases: to define scope, to geocode the address of schools, student and boarding points, to define the characteristics, to calculate the distance and travel time, to set the georeferenced database and vehicles, to apply a tool to obtain the routes, to geospatialize the routes and elaborate diagnosis. The proposal is tested by applying a tool to obtain routes using the Adaptive Large Neighborhood Search (ALNS) meta-heuristic to solve VRP instances. Thus, one of the contributions of the study consists in the georeferencing of the state school units, with the information present in the Google Maps platform for public viewing. In the study, 150 students from 7 school units in the city of Nova Friburgo were located. The result presents consistent and satisfactory values, demonstrating savings of 41.62 percent in the costs practiced on th routes.

[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] Os veículos automatizados devem trafegar em determinado ambiente detectando, planejando e seguindo uma trajetória segura. De modo a se mostrarem mais seguros que seres humanos, eles devem ser capazes de executar essas tarefas tão bem ou melhor do que motoristas humanos sob diferentes condições críticas. Uma parte essencial no estudo de veículos automatizados o desenvolvimento de modelos representativos que sejam precisos e computacionalmente eficientes. Assim, para lidar com esses problemas, o presente trabalho aplica métodos de inteligência computational e identificação de sistemas para realizar modelagem de veículos e controle de rastreamento de trajetória. Primeiro, arquiteturas neurais são usadas para capturar as características do pneu na interação entre a dinâmica lateral e longitudinal do veículo, reduzindo o custo computacional em controladores preditivos. Em segundo lugar, uma combinação de modelos caixa-preta é usada para melhorar o controle preditivo. Em seguida, uma abordagem híbrida combina modelos baseados na física e orientados por dados com modelagem de caixa-preta das discrepâncias. Essa abordagem é escolhida para melhorar a precisão da modelagem de veículos, propondo um modelo de discrepância para capturar incompatibilidades entre modelos de veículos e dados medidos. Os resultados são mostrados quando os métodos propostos são aplicados a sistemas com dados simulados/reais e comparados com abordagens encontradas na literatura, mostrando um aumento de precisão (até 40 por cento) em termos de métricas baseadas em erro, com menor esforço computacional (redução de até 88 por cento) do que os controladores preditivos convencionais. / [en] Automated vehicles must travel in a given environment detecting, planning, and following a safe path. In order to be safer than humans, they must be able to perform these tasks as well or better than human drivers under different critical conditions. An essential part of the study of automated vehicles is the development of representative models that are accurate and computationally efficient. Thus, to cope with these problems, the present work applies artificial neural networks and system identification methods to perform vehicle modeling and trajectory tracking control. First, neural architectures are used to capture tire characteristics present in the interaction between lateral and longitudinal vehicle dynamics, reducing computational costs for predictive controllers. Secondly, a combination of black-box models is used to improve predictive control. Then, a hybrid approach combines physics-based and data-driven models with black-box modeling of the discrepancies. This approach is chosen to improve the accuracy of vehicle modeling by proposing a discrepancy model to capture mismatches between vehicle models and measured data. Results are shown when the proposed methods are applied to systems with simulated/real data and compared with approaches found in the literature, showing an increase of accuracy (up to 40 percent) in terms of error-based metrics while having lesser computational effort (reduction by up to 88 percent) than conventional predictive controllers.

[pt] Nesta tese são propostos diversos algoritmos para resolver as versões estática e dinâmica de roteirização de veículos com janelas de tempo. Estes problemas têm como objetivo determinar rotas de custo mínimo para uma frota homogênea, atendendo a demanda de um conjunto de clientes dentro de intervalos de tempo determinados, chamados de janelas de tempos. Além disto, na versão dinâmica no problema, novos clientes podem ser atendidos durante a execução das rotas pelos veículos. Para a versão estática do problema propôs-se um algoritmo híbrido utilizando otimização por colônias de formigas e o método de descida em vizinhança variável aleatória. Os resultados computacionais mostram que o algoritmo foi capaz de encontrar soluções muito boas ou mesmo as melhores soluções conhecidas de instâncias usadas como benchmarking na literatura. Para a versão dinâmica do problema foram propostos seis algoritmos, baseados em métodos de inserção, de otimização por colônia de formigas e das versões sequencial e aleatória do método de busca em vizinhança variável. Os resultados computacionais mostram que a maior parte dos algoritmos propostos é competitiva com os algoritmos propostos na literatura, pois produzem soluções de boa qualidade e com esforço computacional reduzido. / [en] This thesis proposes several algorithms to solve the vehicle routing with time windows static and dynamic versions. These problems involve determining minimum cost routes for a homogeneous fleet in order to meet the demand of a set of customers within specified time intervals popularly called time windows. In addition, in the dynamic version of the problem, new customers can be assigned to vehicles during the execution of the routes. For the static version it was proposed a hybrid algorithm using ant colony optimization and the random variable neighborhood search method. The computational results show that the algorithm was able to find very good or even the best known solutions to benchmark instances. For the dynamic version it was proposed six algorithms, based on an insertion procedure, ant colony optimization and random and sequential versions of variable neighborhood search methods. Computational results show that most of the proposed algorithms are competitive regarding the state of the art, providing solutions of good quality with low computational effort.