Analytical Approximation of Fuel Consumption and Periodic Behaviors for a Vehicle that Travels Through a Traffic Light Series

Aproximación analítica de consumo de combustible y comportamiento periódico para un vehículo que viaja a través de una serie de semáforos

En el siguiente artículo, se presenta un sistema suave por tramos que describe la dinámica de un vehículo que se mueve a través de una calle con semáforos que se encienden y apagan con una frecuencia específica. El modelo presenta tres comportamientos dinámicos: acelerado, desacelerado y detenido. Además, se muestra la descripción del modelo matemático utilizado para simular el sistema. La simulación se desarrolló bajo un esquema basado en eventos y se implementó en Matlab. Para realizar el análisis numérico, se toma como parámetro el ciclo de los semáforos, que mejora el sistema de tráfico vehicular debido a que con su configuración se logran implementar estrategias de optimización permitiendo que los vehículos se desplacen en ola verde y reduzcan el tiempo de viaje, minimizando así, el número de paradas a lo largo del camino y reduciendo el consumo de combustible debido a las paradas y aceleradas. Además, se estudió la estabilidad de las órbitas periódicas uno y dos que presenta el modelo de simulación, así como sus implicaciones dinámicas. Finalmente, se presenta una propuesta para calcular el consumo de combustible, asumiendo que es proporcional a la energía mecánica producida por el motor, resulta en una propuesta novedosa que permite a las secretarias de movilidad comprender los comportamientos de los vehículos en vías principales de las ciudades. Desde este punto de vista, se puede concluir que es posible aplicar estrategias de modelado y simulación basadas en sistemas dinámicos para comprender los comportamientos complejos asociados al desplazamiento de los vehículos en una vía controlada por semáforos.

1 INTRODUCCIÓN

En la actualidad, existen alrededor de 870 millones de automóviles en el mundo. Esto hace que la infraestructura vial de algunas ciudades superpobladas no sea suficiente respecto a la gran demanda, colapsando en enormes atascos de tráfico, generando el caos y sumiendo a la humanidad en uno de los problemas más crecientes como es la congestión de tráfico [1].

Aunque los automóviles representan una solución al problema de la movilidad, constituyen una de las mayores fuentes de contaminación. Debido a ello aportan una serie de sustancias tóxicas al medio ambiente, conocidas como gases de efecto invernadero (monóxidos de carbono CO, hidrocarburos, entre otros), como consecuencia de la no combustión completa de los productos petrolíferos necesarios para el funcionamiento de los automóviles. Asimismo, la contaminación acústica producida puede generar una serie de respuestas negativas en el ser humano, como trastornos del equilibrio, malestar y fatiga, entre otros.