Senza dubbio l'emergere di veicoli connessi e autonomi (CAV) avrà effetti nuovi ed entusiasmanti su modelli e modalità di trasporto, ma quando si tratta di misurare questi effetti, il futuro diventa un po' più nebuloso.

In che modo queste tecnologie possono influenzare il modo in cui le persone viaggiano e come verrà utilizzata l'energia? Condurranno le persone a trascorrere più tempo sulla strada o meno? Come cambieranno il modo in cui consumiamo carburante, il tempo che passiamo sulla strada, o la quantità di traffico sulle nostre strade?

Per rispondere a tali domande, e comprendere la mobilità futura, i ricercatori dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) stanno implementando strumenti avanzati di modellazione e simulazione. E in un progetto collaborativo triennale, supportato dal Consorzio di mobilità SMART (Systems and Modeling for Accelerated Research in Transportation) del DOE, I ricercatori di Argonne stanno utilizzando questi strumenti per prevedere l'impatto dei CAV sull'energia e sulla mobilità nelle aree metropolitane.

"Il nostro obiettivo è acquisire una comprensione a livello di sistema di come sta cambiando il trasporto, compreso il modo in cui interagiscono i diversi modi di trasporto, le decisioni prese dai viaggiatori che sono alla base di tali interazioni, e come l'automazione influisce su tutto questo, " ha affermato Joshua Auld, ingegnere dei trasporti computazionali di Argonne. "Questo livello di comprensione fornirà approfondimenti per aiutare le città a pianificare meglio e ad adattarsi ai futuri cambiamenti dei trasporti".

Il lavoro di Argonne porta avanti la missione del Consorzio SMART di aumentare la nostra comprensione degli impatti che deriveranno dai futuri sistemi di mobilità. I collaboratori del progetto includono l'Università dell'Illinois a Chicago, l'Università del Nuovo Galles del Sud, Università del Texas A&M, l'Università del Michigan, Università Carnegie Mellon, l'Università di Washington, George Mason University, così come più città e agenzie di pianificazione.

Modellazione e simulazione

Ora due anni nel loro progetto, Auld e colleghi hanno sviluppato un modello per rappresentare l'adozione di CAV parzialmente e completamente automatizzati a vari livelli di penetrazione del mercato, utilizzando previsioni basate sui costi e sulla disponibilità a pagare di un individuo. I ricercatori hanno integrato questo modello, insieme a un modello di flusso di traffico per i CAV, nella piattaforma Planning and Operations Language for Agent-based Regional Integrated Simulation (POLARIS), Simulatore del sistema di trasporto di Argonne.

POLARIS simula la mobilità e il flusso del traffico prevedendo il comportamento individuale di "agenti, "che può rappresentare le persone, famiglie e organizzazioni. Analizza come milioni di questi agenti interagiscono e prendono decisioni sull'uso delle automobili, biciclette, transito, ecc. A sua volta, queste decisioni influiscono sul sistema dei trasporti nel suo complesso. I ricercatori hanno utilizzato POLARIS per simulare l'impatto della mobilità e del flusso di viaggio di questi diversi scenari.

Per completare le loro analisi POLARIS e misurare gli effetti energetici, i ricercatori hanno utilizzato lo strumento Autonomie di Argonne. Autonomie è lo strumento leader del settore per prevedere il consumo di carburante dei veicoli attuali e futuri. Per la loro analisi, i ricercatori si sono affidati ad Autonomie per misurare l'impatto dei CAV sull'uso dell'energia.

Quantificare gli impatti energetici e di mobilità

Per quantificare la mobilità e gli impatti energetici dell'adozione del CAV, i ricercatori hanno preso in considerazione una serie di metriche interconnesse. Tra questi ci sono i cambiamenti nelle miglia percorse dal veicolo (VMT), valore del tempo di viaggio (VOTT), quantità di congestione e consumo di energia.

Il valore del tempo di viaggio misura l'onere percepito del tempo trascorso in viaggio, il presupposto è che, minore è l'onere del tempo di viaggio, più un individuo è disposto a viaggiare sulla strada.

"Abbiamo considerato il VOTT come un fattore critico che influenza sia la mobilità che l'energia perché, non dover più fare i conti con il peso della guida, I conducenti CAV possono scegliere di trascorrere più tempo sulla strada, sapendo che possono usare il loro tempo di viaggio per fare altro, attività produttive, " ha affermato Aymeric Rousseau, responsabile della simulazione di veicoli e mobilità di Argonne. "Ci siamo concentrati sulla comprensione dell'impatto del VOTT sulla mobilità e sull'energia per le diverse tecnologie dei veicoli e i comportamenti dei consumatori".

"Globale, la nostra ricerca ha rilevato che le persone con accesso a CAV parzialmente automatizzati tendono a fare viaggi più lunghi, al diminuire del valore del tempo di viaggio, e il conducente è stato alleviato dal concentrarsi sulla guida. Abbiamo anche visto aumentare la congestione in alcuni scenari, " ha detto Auld. "Abbiamo anche riscontrato cambiamenti nel consumo di carburante, compreso un aumento del consumo di carburante con l'aumento della penetrazione del mercato CAV, con l'aumento del VMT."

Passi futuri

Per migliorare la loro capacità di rappresentare e analizzare le complesse interazioni che interessano il trasporto e la mobilità, i ricercatori stanno lavorando per migliorare POLARIS e Autonomie per tenere maggiormente conto delle scelte tecnologiche CAV (come i vari livelli di automazione) e il loro impatto sul flusso del traffico. Stanno anche esaminando nuove tecnologie per la mobilità, come società di reti di trasporto e servizi di car sharing.

"I nostri approcci di modellazione e simulazione sono vitali per anticipare i bisogni di trasporto ed energia della nostra nazione. Continuando a migliorare questi strumenti e tecniche, saremo meglio attrezzati per fornire strumenti e soluzioni che rispondano alle esigenze future, " disse Rousseau.

Questo lavoro è sponsorizzato dal DOE Vehicle Technologies Office (VTO) nell'ambito del Systems and Modeling for Accelerated Research in Transportation (SMART) Mobility Laboratory Consortium, un'iniziativa del programma Energy Efficient Mobility Systems (EEMS). David Anderson, un responsabile del programma DOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE), ha svolto un ruolo importante nello stabilire il concetto di progetto, promuovere l'attuazione e fornire una guida continua.