Coordination of cross-carrier truck platooning

QC 20220929

Abstract

Under de kommande decennierna förväntas efterfrågan på transport av varor och passagerare mångfaldigas, vilket innebär att behovet av hållbara transportlösningar är brådskande. En lovande lösning är konvojkörning, som visar stor potential att minska bränsleförbrukningen och driftskostnaderna för lastbilar. För att utnyttja fördelarna med konvojkörning till fullo behöver lastbilar med olika scheman och rutter koordineras. Den här avhandlingen behandlar koordinering av lastbilar som kan bilda konvojer på transporthubbar, där lastbilar kan vänta på andra lastbilar för att bilda konvojer. Vi antar att det finns en vinst av konvojkörning och en kostnad för att vänta. Vi fokuserar på koordinering av lastbilar från olika åkerier, vilket är viktigt med tanke på att många konvojkörningsmöjligheter går förlorade om bara lastbilar från samma åkeri bildar konvojer.

I avhandlingens första bidrag föreslår vi koordineringslösningar där åkerier strävar efter att maximera sina egen vinster från konvojkörning genom samarbete med andra. Vi föreslår en arkitektur för en tjänst som lagrar åkeriers rapporterade konvojkörningsplaner och, utifrån dessa, informerar åkerier om vilka konvojer deras lastbilar kan ansluta sig till när de fattar konvojkörningsbeslut. En realistisk simuleringsstudie visar att konvojkörningsystemet kan uppnå energibesparingar på 3.0% och 5.4% när 20% respektive 100% av lastbilarna koordineras. Ett icke-kooperativt spel formuleras sedan för att modellera den strategiska interaktionen mellan lastbilar med individuella mål när de koordinerar för konvojkörning och fattar beslut i början av sina resor. Existensen av minst en Nashjämviktslösning visas. När restiderna är stokastiska utvecklas även lösningar där lastbilarna tillåts uppdatera sina beslut längs med sina resor. I en simuleringsstudie visas att när lastbilarna tillåts uppdatera sina väntetider uppnås en konjovkörningsgrad på endast 5% lägre än i en lösning där restiderna är kända. Vi utforskar också Pareto-förbättrande koordinering som garanterar att varje åkeri tjänar på att sammarbeta med andra, och modeller för att fördela vinsten inom konvojer.

I avhandlingens sista bidrag studerar vi problemet med att optimalt släppa iväg lastbilar vid hubbar där lastbilar ankommer enligt en stokastisk process, och förhandsinformation om ankomsterna är otillgänglig; detta kan vara känslig information att dela med andra. Först studerar vi ivägsläppningsproblemet vid hubbar som ligger i en kedja och målet är att maximera vinsten över tid. Optimaliteten hos tröskelregler för att släppa iväg lastbilar visas under antagandet att ankomsterna är oberoende eller att ankomster är beroende pågrund av ivägsläppningsbeteendet vid den föregående hubben i kedjan. Sedan studerar vi ivägsläppningsproblemet vid en hubb där målet är att maximera vinsten för lastbilar som för närvarande befinner sig vid hubben. Detta är realistiskt om lastbilar bara är villiga att vänta vid hubben om de kan öka sin egen vinst. Stopptidsteori används för att visa optimaliteten hos en tröskelregel när ankomster är oberoende och identiskt fördelade. Dessa bidrag visar att enkla koordineringslösningar kan uppnå höga vinster, även under begränsad information.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-319491