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  • Transport Research
  • 2017-2021
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  • Universidade do Minho: RepositoriUM

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    Authors: Rabêllo, Clarice Mendonça;

    Nas últimas décadas houve um crescimento populacional, principalmente nos meios urbanos. Consequentemente ocorreu um grande aumento da procura pelo sistema de transportes, gerando um conjunto de problemas de mobilidade e acessibilidade para pessoas e bens, além de gerar efeitos ambientais, economicos e sociais negativos. Uma das possíveis soluções é a substituição dos veículos de entrega de mercadorias que usam combustíveis fósseis por veículos mais sustentáveis, como os veículos elétricos ou que não utilizem energia, como as bicicletas. A logística urbana traz uma recente concepção do uso do solo e gestão dos fluxos de mercadorias em áreas urbanas. Este trabalho compara os veículos utilizados para a distribuição urbana de mercadorias no centro histórico de Curitiba com algumas opções de mobilidade sustentável, de modo a perceber qual o impacto gerado por estes meios e como eles podem ser reduzidos quando utilizados novos meios de transporte e com a implementação de um centro de distribuição urbano. Para tanto um inquérito foi desenvolvido e entregue aos comerciantes para se obter os dados sobre funcionamento, frequência e horários de entregas para estabelecimentos alimentares, como restaurantes, bares, lanchonetes, mercados, frutarias, entre outros. Com os dados recolhidos foi feito o cálculo das emissões atuais e desenvolvidos possíveis cenários de adoção do novo sistema de logística urbana e os respectivos valores de emissão para esses cenários. Para este trabalho foi considerada uma área de atuação de cada centro de distribuição urbano, num raio de atuação de 2km, de modo a abastecer o centro histórico estudado, auxiliar no abastecimento do centro da cidade e de alguns bairros na proximidade. In the last decades has been a population growth, mainly in urban areas. Consequently, there was a great increase in the demand for the transport system, generating a set of mobility and accessibility for people and goods, in addition to generating negative environmental, economic and social effects. One of the possible solutions is the replacement of the goods delivery vehicles that use fossil fuels with more sustainable vehicles, such as electric vehicles or those that do not use energy, such as bicycles. Urban logistics brings a recent conception of land use and management of goods flows in urban areas. This work compares the vehicles used for the urban distribution of goods in the historic center of Curitiba with some sustainable mobility options, in order to understand the impact generated by these means and how they can be reduced when using new means of transport and with the implementation of an urban distribution center. For this purpose, a survey was developed and delivered to traders to obtain data on operation, frequency and delivery times for food establishments, such as restaurants, bars, cafeterias, markets, fruit stores, among others. With the data collected, current emissions were calculated and possible scenarios for the adoption of the new urban logistics system were developed and what would be the emission values for these scenarios. For this work, an area of activity of each urban distribution center was considered, in order to supply the studied historical center, however it can also help in supplying the city center and some neighborhoods nearby, since the operating radius of these locations was 2km. Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

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    Authors: Marques, Pedro Filipe Lima;

    O uso de metodologias computacionais para estudar o comportamento dinâmico de veículos ferroviários é cada vez mais comum, pois permite analisar o desempenho do veículo numa dada via, ajudar a projetar sistemas de suspensão, travagem ou tração, estudar o dano dos componentes, entre outros. Neste tipo de ferramentas, a modelação da interação do veículo com a via, traduzindo-se no contacto entre as rodas e os carris, tem particular importância. Posto isto, o presente trabalho visa desenvolver métodos computacionais que permitam uma análise mais detalhada do contacto propondo avanços relativos aos métodos existentes na literatura. Para a deteção de contacto entre a roda e o carril, foi desenvolvida uma abordagem tridimensional para identificação dos pontos de maior interferência, na qual as geometrias da roda e do carril são definidas como superfícies paramétricas. Este método tira partido do facto de a roda ser um corpo de revolução e o carril uma superfície de arrastamento, permitindo identificar o contacto entre perfis gerais, sem a necessidade recorrer a simplificações que evitem a existência de uma zona côncava na roda, isto é, permite a abordagem de contacto entre superfícies conformes. Nas abordagens atuais ao problema do contacto roda-carril, assume-se que a área de contacto é plana, contudo, essa hipótese deixa de ser válida para contactos onde exista alguma conformidade. Nesse sentido, foi desenvolvida uma metodologia para a determinação de uma zona de contacto curva em que a direção normal à superfície de contacto varia ao longo da mesma. Este método permite evitar descontinuidades no cálculo das forças de contacto normais como é aqui demonstrado em diversos casos de teste para o contacto estático entre rodas e carris. A avaliação das forças de contacto tangencial é determinante na interação roda-carril, sendo aqui proposta a utilização de tabelas de pesquisa para o cálculo dessas forças para permitir a diminuição do tempo de cálculo. Neste caso, uma tabela de procura com cinco varáveis de entrada, que considera uma região de contacto definida por uma dupla elipse, é utilizada para estudar o erro de interpolação devido à sua discretização. Com a metodologia proposta é possível estudar a exatidão da tabela de pesquisa sendo, neste processo, apresentadas duas versões melhoradas desta tabela, com minimização de erro ou com minimização da sua dimensão. O modelo multicorpo de uma carruagem do Metro de Lisboa é utilizado para demonstrar as metodologias desenvolvidas neste trabalho através da realização de análises dinâmicas em condições de operação. A cinemática do veículo, a localização dos pontos de contacto, as forças de contacto e as variáveis de entrada da tabela de procura são analisados em detalhe. Os resultados mostram que a utilização de perfis de rodas realistas em detrimento de perfis simplificados tem um impacto significativo na dinâmica do veículo e no tipo e número de contactos desenvolvidos. Da mesma forma, o uso de modelos não-Hertzianos para o cálculo das forças de contacto também tem uma influência considerável no comportamento dos veículos ferroviários relativamente às abordagens correntes. The use of computational tools to study the dynamic behavior of railway vehicles has been increasing due to its wide range of applications, namely to assess the performance of a vehicle in given track, design suspension, traction or braking systems, analyze the damage of components, among others. In this context, the vehicle-track interaction, which consists of the contact between wheels and rails, plays an important role. Thus, the present work aims to develop computational methodologies which allow a more detailed contact modeling presenting advances over the models available on the literature. In what concerns the contact detection between wheel and rail, a three-dimensional approach to identify the main contact points between wheel and rail was established. This methodology treats both geometries as parametric surfaces and takes advantage of the fact that the wheel is a revolution body and the rail is a sweep surface. Moreover, this allows to determine the contact between general surfaces, without using a simplified wheel profile which avoids the concave region, i.e., it treats the contact between conformal surfaces. In the current approaches to deal with wheel-rail contact, a planar contact region is assumed, however, this hypothesis is violated in the presence of conformality. Hence, it was developed a methodology to evaluate a curved contact patch in which the normal direction to the contact surface varies over the contact area. This method avoids discontinuities on the normal contact force evaluation, as demonstrated here through some wheel-rail static cases. The evaluation of tangential contact forces is fundamental in the context of wheel-rail interaction and, in this work, the utilization of lookup tables for the calculation of these forces is proposed for sake of the reduction of calculation time. Thus, a lookup table with five input variables, in which the contact patch is regularized to a simple double-elliptical contact region, is utilized to study the interpolation error due to its discretization. According to the presented methodology, it is possible to study the accuracy of a given lookup table and, in this process, two enhanced versions of this table are presented, one with minimization of the interpolation error and other with minimization of its size. The dynamic analyses of a multibody model of a trailer vehicle from Lisbon subway system in operation conditions are utilized to validate the methodologies developed in this work. The kinematics of the vehicle, the location of the contact points, the contact forces and input variables of the lookup table are analyzed in detail. The results demonstrate that the use of realistic wheel profiles has a significant influence in the dynamic response of the vehicle and in the type of identified contacts. Similarly, it is shown that the utilization of non-Hertzian contact models for the evaluation of both normal and creep forces also influences the dynamics of railway vehicles when compared with current approaches. Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) for funding this work through the PhD grant PD/BD/114154/2016, in the context of MIT Portugal Program. Tese de Doutoramento (Programa Doutoral em Líderes para Indústrias Tecnológicas)

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    Authors: Soares, Francisco Emanuel Cunha; Silva, Emanuel Teixeira; Pereira, Frederico; Silva, Carlos; +2 Authors

    Para atravessar uma rua, os peões devem detetar o tráfego, combinar dados provenientes de diferentes fontes, auditivas e visuais, avaliar o tempo para atravessar com segurança e monitorizar a posição dos veículos que se aproximam. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência do ruído emitido pelos veículos na tomada de decisão de atravessamento dos peões. Realizou-se uma experiência em ambiente virtual que reproduziu condições reais de travessia, no que diz principalmente respeito aos estímulos dos veículos em aproximação com diferentes padrões de movimento e velocidades. Foi considerado o ruído de um veículo elétrico, um veículo de combustão a gasolina, e uma condição de referência sem pistas auditivas. Vários participantes indicaram o momento da sua decisão de atravessamento. A tomada de decisão dos participantes baseou-se sobretudo nas características do movimento de aproximação do veículo, indicando que, a baixa velocidade, o efeito do ruído do veículo na decisão dos peões é reduzido. To cross a street, pedestrians must detect traffic, combine data from different sources, auditory and visual, assess the time to cross safely and monitor the position of approaching vehicles. This work aimed to evaluate the influence of noise emitted by vehicles on pedestrians’ crossing decision. An experiment was carried out in a virtual environment that reproduced real crossing conditions, mainly regarding the presentation of stimuli concerning the approach of a vehicle with different movement patterns and speeds. The noise of an electric vehicle, a gasoline combustion vehicle, and a reference condition without auditory cues were considered. Several participants indicated the moment of their crossing decision. The participants’ decision-making was based mainly on the characteristics of the vehicle's movement, indicating that, at low speed, the effect of vehicle noise on pedestrians’ decision is reduced. Este trabalho enquadra-se nas atividades do projeto de investigação AnPeB – Análise do comportamento de peões com base em ambientes simulados e sua incorporação na modelação de risco (PTDC/ECM-TRA/3568/2014), foi financiado no âmbito do projeto Promover a Produção Científica e Desenvolvimento Tecnológico e a Constituição de Redes Temáticas (3599-PPCDT) e comparticipado pelo Fundo Comunitário Europeu FEDER. De referir ainda a Fundação para a Ciência e a Tecnologia devido ao financiamento da bolsa de doutoramento SFRH/BD/131638/2017.

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    Authors: Fonseca, Pedro Daniel Gomes;

    Certos utilizadores dos meios rodoviários têm sido alvo de estudo de forma a tentar criar sistemas que ajudem a aumentar a segurança dos mesmos. Estamos a falar em concreto de peões, ciclistas e até mesmo motociclistas e estes denominam-se VRU sendo que o seu nome advém da fragilidade que apresentam perante os demais utilizadores que circulam nas mesmas estradas, em particular os carros. Estes sistemas inserem-se no âmbito das Smart Cities, cidades tecnológicas que cada vez mais estão em crescendo pelo mundo inteiro. O objetivo desta dissertação é tirar partido das vantagens da tecnologia das geofences, isto é, criar um perímetro virtual para unia localização geográfica real na qual se pretende detetar a todo o momento a entrada ou saída de um utilizador. Para atingir estes objetivos desenvolveu-se uma mobile app com o propósito de notificar um utilizador, seja este um pedestre, um ciclista ou um condutor, sempre que este entre ou saia de uma dessas geofences. Foi também desenvolvida uma plataforma web para um administrador por exemplo um gestor de unia Câmara Municipal, onde pode criar e remover geofences. O foco principal desta dissertação estará direcionado para a criação de geofences em pontos de interesse específicos para os VRU, isto é, áreas que podem ser consideradas perigosas para travessias de peões, devido a má visibilidade, de forma a sinalizar acidentes rodoviários ou ainda obras na via pública que possam causar disrupções no tráfego. Some road users have been targeted in a way to try and create systems that help increase their safety. We are referring to, in this instance, pedestrians, cyclists and even motorcyclists whom we call Vulnerable Road Users (VRU) due to the fragility they present when compared to other users that circulate on the same roads, in particular cars. These systems fall within the ambit of the Smart Cities that are increasingly growing all over the world. The objective of this dissertation is to take advantage of geofencing technology, i.e., to create a virtual perimeter for a real geographical location in which it is desired to detect at any moment the entrance or exit of an user. To achieve such goals a mobile app was deve loped with the purpose of notifying the user as soon as he enters or exits such geofences. A web-based platform was also conceived and designed for city hall administrators where geofences may be created, updated, deleted and classified. The main focus went towards the creation of geofences in specific points of interest for VRUs, i.e., areas that may be considered dangerous for pedestrians when crossing the road, due to bad visibility for instance, signaling road blocks or construction areas that may cause disruption in traffic or even a road accident. Dissertação de mestrado em Computer Science

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    Authors: Passos, Paulo Frederico Costeira de;

    A microgeração e a utilização de veículos elétricos estão cada vez mais presentes no quotidiano e representam dois importantes fatores no caminho do desenvolvimento das smart grids e smart homes, que visam a gestão dos dispositivos eletrónicos ligados à rede elétrica ou à habitação. Assim sendo, a necessidade do desenvolvimento de novas tecnologias, assim como a otimização de topologias já existentes, no sentido de melhorar o carregamento de baterias dos veículos elétricos, a produção de energia a partir de fontes de energia renováveis e o melhoramento da qualidade da energia elétrica, é cada vez mais relevante. No âmbito desta dissertação pretende-se desenvolver um equipamento que surge como uma solução para a realização da interface entre veículos elétricos, painéis fotovoltaicos e a rede elétrica, além de compensar, dinamicamente, problemas de qualidade da energia elétrica. A solução tradicional utiliza dois conversores de potência para realizar a interface entre o veículo elétrico e a rede elétrica e mais dois conversores de potência para a interface da fonte de energia renovável e a rede elétrica). Esta topologia apresenta uma desvantagem no carregamento direto das baterias do veículo elétrico a partir da fonte de energia renovável, pois requer o uso de quatro conversores de potência e a rede elétrica como intermediários. Para colmatar esta desvantagem, a configuração adotada utiliza apenas um conversor CA-CC e um barramento CC comum aos dois conversores CC-CC que interligará os três conversores. Assim, obtêm-se as vantagens de utilizar apenas um conversor para realizar a interface do carregador do veículo elétrico e a fonte de energia renovável com a rede, a possibilidade de realizar o carregamento das baterias diretamente dos painéis fotovoltaicos, sem usar a rede como intermediário, e ainda a contribuição para a melhoria dos problemas de qualidade de energia. Nesta dissertação, foi desenvolvido um conversor CA-CC (em colaboração com outra dissertação), o mais reduzido possível (usando SiC - Silicon Carbide, como semicondutores controlados), variando assim as suas caraterísticas de forma a se obter a redução de tamanho e a realizar a interface com os outros dois conversores de potência (CC-CC). Após um estudo cuidado do estado da arte, foi desenvolvido um modelo computacional em PSIM e foi desenvolvido um protótipo laboratorial (conversor CA-CC e CC-CC), onde o conversor CC-CC realiza a interface com a fonte de energia renovável (com algoritmo de controlo de maximum power point tracker (MPPT)). Com recurso ao sistema desenvolvido foram obtidos resultados experimentais que comprovam a solução adotada. Microgeneration and the use of electric vehicles are increasingly present in our daily lives and they represent two major factors in the development of smart grids and smart homes, which aim to manage electronic devices connected to the power grid or to the house. Therefore, the need to develop new technologies as well as improving the existing ones in order to improve battery charging of electric vehicles, the production of energy from renewable power sources and the improvement of energy quality is increasingly relevant. This dissertation intends to develop an equipment that emerges as a solution for the interface between electric vehicles, photovoltaic panels and the power grid as it also dynamically compensates for problems of power quality. The traditional solution uses two power converters to interface between the electric vehicle and the power grid (one ac/dc converter and another dc/dc converter) and two more power converters for the renewable power source (one ac/dc converter and another dc/dc converter). This traditional topology has a disadvantage in the direct charging of the electric vehicle batteries from the renewable energy source as it requires the use of four power converters and the power grid as intermediates. To overcome this drawback, the adopted configuration uses only one ac/dc converter and one common dc link to interface the two dc/dc converters with the ac/dc converter. This gives the advantages of using only one converter to interface the electric vehicle charger and the renewable power source with the power grid. It also allows the ability to charge the batteries directly from the photovoltaic panels without using the power grid as an intermediary further contributing to improve issues related to the quality of power. Through this dissertation, when combined with another dissertation, an AC/DC converter, compacted as much as possible will be developed, thus varying its characteristics in order to obtain the size reduction. This will interface with the other two power converters (dc/dc). Posteriorly and individually, a dc/dc converter will be developed that will interface with the renewable power source, where a maximum power point tracker (MPPT) control algorithm is applied in order to extract as much power as possible from the photovoltaic panel. Este trabalho de dissertação está enquadrado no projeto de IC&DT “newERA4GRIDs – New Generation of Unified Power Conditioner with Advanced Control, Integrating Electric Mobility, Renewables, and Active Filtering Capabilities for the Power Grid Improvement”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEI‑EEE/30283/2017. Este trabalho de dissertação está enquadrado no projeto de IC&DT “DAIPESEV – Development of Advanced Integrated Power Electronic Systems for Electric Vehicles”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEI EEE/30382/2017. Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica e de Computadores

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    Authors: Pinto, André Teixeira Araújo de Matos;

    Nos dias de hoje a mobilidade ciclável é vista como um meio de transporte cada vez mais procurado em vários contextos como de lazer, desporto, trabalho, entre outros, isto porque serve como meio de deslocação alternativo aos automóveis que são usados de uma forma desmesurada e contribuem para o aumento dos níveis de poluição urbana, entre outros fatores que diminuem a qualidade da saúde das populações em geral. Em conformidade com este crescimento, e no sentido de melhorar a mobilidade ciclável, têm surgido serviços de partilha de rotas que têm como objetivo oferecer informações de rotas já circuladas por outros ciclistas. Essas informações podem ser facilmente acedidas por outras pessoas, porém existe uma vasta gama de informação dispersa e que seria bastante útil se conseguíssemos agregá-la de forma a criar outro tipo de informação complementar bastante mais completa. Neste sentido esta dissertação tem como objetivo estudar o processo de agregação de rotas, e que como um conjunto de dados proveniente de diferentes fontes, promove um objetivo comum, que é melhorar a mobilidade urbana ciclável. Para isso foram estudados diferentes serviços de partilha de rotas e feita a agregação das rotas resultantes desse estudo, onde a informação obtida deste processo foi igualmente estudada no sentido de verificar a sua viabilidade e como pode contribuir para uma melhor experiência ciclável através de informação mais rica e não tão individualizada por uma só rota, mas sim como um conjunto de rotas agregadas. Nowadays, cycling mobility is seen as an increasingly popular means of transport in various contexts such as leisure, sports, work, among others, because it serves as an alternative means of displacement to cars that are used in a disproportionate manner, this contributes to the increase of urban pollution levels, among other factors that decrease the health quality of the population in general. In line with this growth, and in order to improve cycling mobility, route sharing services have emerged to provide information about routes previously fallowed by other cyclists. This information can be easily accessed by others, but there is a wide range of scattered information that would be very useful if we could aggregate it in order to create another kind of far more complete complementary information. In this sense this dissertation aims to study the process of route aggregation, and with data set from different sources, promotes a common goal, which is to improve urban cycling mobility. For this, different route sharing services were studied, and the resulting routes were aggregated, where the information obtained from this process was also studied in order to verify its viability and how it can contribute to a better cycling experience through richer information. and not so individualized by route, but as a set of aggregated routes. Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Gestão de Sistemas de Informação

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    Authors: Carvalho, Tiago Fernando de Sousa Oliveira Alves de;

    A emissão de gases poluentes para a atmosfera tem vindo a provocar alterações climáticas irreparáveis, levantando inúmeras questões relativas ao desenvolvimento sustentável para o futuro que se avizinha. Entre outros, a mobilidade de pessoas e bens apresenta-se como uma das principais origens deste problema. Com o intuito de mitigar este problema, a mobilidade elétrica tem vindo a ter uma presença cada vez mais assídua na sociedade de hoje em dia, proporcionando um meio de transporte com zero emissões. Contudo, a maior desvantagem deste conceito reside no sistema de armazenamento de energia, usualmente baterias eletroquímicas, resultando em autonomias baixas e tempos de carregamento elevados. Com o intuito de contribuir com o desenvolvimento tecnológico nesta área de investigação, o objeto de estudo desta dissertação teve como foco principal os sistemas de carregamento de baterias. No presente documento de dissertação de mestrado são apresentados vários tipos de carregamento de baterias existentes no mercado, os seus princípios de funcionamento, bem como vantagens e desvantagens. Tendo em consideração estes últimos pontos, e com o intuito de contribuir com o desenvolvimento tecnológico nesta área, foi desenvolvido um conversor de eletrónica de potência para o carregamento de baterias de um veículo elétrico. O carregador de eletrónica de potência desenvolvido é trifásico de carregamento lento e unidirecional, tendo sido adotada uma topologia em fonte de corrente, possuindo uma bobina como elemento armazenador de energia, em vez dos típicos condensadores aplicados aos conversores do tipo fonte de tensão. Além das diferenças mencionadas anteriormente, o conversor fonte de corrente permite ajustar de forma dinâmica a corrente de carregamento da bateria, evitando o uso de um segundo conversor CC-CC para esse efeito. Foi utilizado um sistema de controlo para o conversor funcionar como carregador de baterias que tem com base a modulação vetorial. O estudo e validação teórica do conversor de eletrónica de potência para o carregamento das baterias foi realizada com a ajuda da ferramenta de simulação PSIM. O desenvolvimento do protótipo e consequente validação experimental foi realizado em ambiente laboratorial, onde dispunha dos materiais e equipamentos necessários para a realização deste projeto. The emission of gaseous pollutants into the atmosphere has been causing irreparable climate change, raising several issues regarding sustainable development for the near future. Among others, mobility presents itself as one of the main origins of this problem. In order to mitigate this problem, electric mobility has been an increasingly frequent presence in today's society, providing a means of transportation with zero emissions. However, the major disadvantage of this concept lies in the energy storage system, usually electrochemical batteries, imposing low autonomy and high charging times. To contribute to the technological development in this area of research, the study object of this dissertation was focused on battery charging systems. In this Master Dissertation document are presented various types of battery charging systems existing in the market, its operating principles as well as advantages and disadvantages. Taking into consideration these last points, and with the intention of contributing to the technological development in this area, it was developed a power electronics converter to charge electric vehicle batteries. The developed power electronics converter is a three-phase, slow charging unidirectional device, with a current source topology having a coil as energy storage element instead of the typical capacitors applied in voltage source converters. In addition to these differences, the current source converter allows to dynamically adjust the battery charging current, avoiding the use of a secondary DC-DC converter for this purpose. A control system adapted to the converter was used, the main one being based in the space vector modulation. The study and theoretical validation of the power electronic converter for battery charging was carried out with the help of the PSIM simulation tool. The development of the prototype and consequent experimental validation was performed in laboratory environment, where it had the necessary components and instruments for the realization of this project. Este trabalho de dissertação está enquadrado no projeto de IC&DT “Quality4Power - Enhancing the Power Quality for Industry 4.0 in the era of Microgrids”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEI-EEE/28813/2017. Este trabalho de dissertação está enquadrado no projeto de IC&DT “DAIPESEV – Development of Advanced Integrated Power Electronic Systems for Electric Vehicles”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEI-EEE/30382/2017. Dissertação de mestre em Engenharia Eletrónica Industrial e de Computadores

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    Authors: Silva, Carlos Jorge Bravo;

    Com o aumento do número de veículos nas estradas o engarrafamento de trânsito nas zonas urbanas tem-se tornado um problema. Os engarrafamentos levam a prejuízos, poluem o ambiente e causam riscos para a saúde pública. Existe uma necessidade de gerir o trânsito de forma a evitar o congestionamento nas vias sem aumentar o número de infraestruturas, o que se tem demonstrado desafiador. Para combater estas dificuldades têm sido desenvolvidas novas soluções de gestão de trânsito, como a que será apresentada nesta dissertação. Para este projeto de dissertação os Transportes Urbanos de Braga (TUB) forneceram dados relativos às suas rotas desde 2016, até ao presente ano. O que se pretende com esta tese é recorrendo a técnicas de Data Mining, alimentados com estes dados e com dados de datasets complementares sobre o ambiente, como por exemplo um calendário de eventos na cidade, se consiga prever o comportamento do trânsito, de modo a otimizar as rotas feitas pelos autocarros dos Transportes Urbanos de Braga (TUB), reduzindo assim gastos em combustível, baixando a poluição e ter horários mais precisos para os utilizadores destes transportes. With the raise of the number of vehicles on the roads, traffic jams on urban areas became a problem. Traffic jams lead to financial losses, pollute the environment and cause risks to the public health. There is a necessity to manage traffic in order to avoid road congestion without increasing the number of infrastructures, which has been challenging. To combat these difficulties new traffic management solutions have been developed, like the one that will be presented in this dissertation. For this dissertation project the TUB provided data relative to their routes since 2016, until the present year. The objective of this thesis is using Data Mining techniques, powered by this data and with data from complementary datasets about the environment like, for example a calendar with the city events, we will be able to predict the behavior of the traffic in the following days in order to optimize the TUB bus routes accordingly with what is expected, reducing the fuel costs, lowering the pollution levels and have more accurate schedules for the costumers of these transports. Dissertação de mestrado em Engenharia e Gestão de Sistemas de Informação

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    Authors: Nova, Bruno Pereira da;

    A mobilidade elétrica está cada vez mais presente no nosso quotidiano principalmente em veículos elétricos (VEs), representando um fator importante para a evolução de um paradigma recente designado por smart grids (SGs). Neste conceito, fontes de energia renováveis, smart homes (SHs) e VEs estão sempre em comunicação com a rede elétrica, permitindo uma melhor gestão e eficiência da energia elétrica. A fim de se poder efetuar o carregamento de baterias a nível residencial, surgem novas oportunidades de operação para os VEs, apresentando mais vantagens para as SHs. Neste sentido, com esta dissertação contribuiu-se com o desenvolvimento de um equipamento que visa a integração de um VE e de painéis fotovoltaicos com a rede elétrica para integração numa SH. Uma das principais contribuições desta dissertação, é o facto de este equipamento recorrer ao uso de apenas um conversor de potência CA-CC que faz interface com a rede elétrica e de dois conversores de potência CC-CC que fazem interface com o VE e com os painéis fotovoltaicos. A solução tradicional necessita de dois conversores CA-CC, não permitindo o carregamento de baterias diretamente dos PVs Assim, este equipamento permite quatro modos de operação: carregamento das baterias (grid-to-vehicle, G2V); devolução da energia do VE para a rede elétrica (vehicle-to-grid, V2G); injetar energia das fontes renováveis para a rede elétrica (renewables-to-grid, R2G); utilizar a energia das renováveis para carregar o VE (renewables-to-vehicle, R2V). Estes modos permitem adaptabilidade do equipamento face a várias situações distintas numa SH e até mesmo funcionando alguns deles em simultâneo. Neste equipamento, outra das contribuições é serem aplicadas tecnologias emergentes no mercado da eletrónica de potência, mais precisamente Silicon Carbide MOSFETS, que permitem frequências e temperaturas de operação mais elevadas e apresentam uma resistência em condução baixa. Além destas contribuições um dos principais objetivos é o equipamento apresentar um volume reduzido, assim aumentando a densidade de potência total do sistema. Como o desenvolvimento do referido equipamento é bastante abrangente, o mesmo foi elaborado no âmbito de duas dissertações, sendo que nesta é desenvolvido o conversor CC-CC bidirecional que realiza a interface com o VE e parte do conversor CA-CC, assim como o respetivo sistema de controlo. Assim, com recurso ao equipamento desenvolvido foram obtidos resultados experimentais que comprovam a solução adotada. The electric mobility is increasingly present in our daily lives mainly in electric vehicles (EVs), representing an important factor for the evolution of a recent paradigm called smart grids (SGs). In this concept, renewable power sources, smart homes (SHs) and EVs are always in communication with the power grid, allowing a better management and efficiency of electricity. In order to be able to charge batteries at a residential level, new operating opportunities for EVs appear, with more advantages for SHs. In this sense, this dissertation intends to contribute to the development of an equipment that aims at the integration of an EV and photovoltaic panels with the power grid for integration in a SH. One of the main contributions of this dissertation is the fact that this equipment uses only one AC/DC power converter that interfaces with the power grid and two DC/DC power converters that interface with the EV and the photovoltaic panels. The traditional solution requires two ac/dc converters, not allowing batteries to be charged directly from PVs. This equipment will allow four modes of operation: battery charging; delivery of EV energy to the power grid; inject energy from renewable sources into the power grid; use renewable energy to charge the EV renewables-to-vehicle (R2V). These modes allow the equipment to adapt to different situations in an SH and even combine some of them simultaneously. Another contribution is the application of emerging technologies in the power electronics market, more precisely Silicon Carbide MOSFETS, which allow higher operating frequencies and temperatures and present a low leading resistance. Besides these contributions one of the main objectives of the equipment is to present a reduced volume, thus increasing the total power density of the system. As the development of this equipment is quite comprehensive, it will be elaborated in the scope of two dissertations, in which will be developed the bidirectional DC/DC converter that interfaces with the EV and part of the AC/DC converter, as well as the respective control system. Este trabalho de dissertação está enquadrado no projeto de IC&DT “newERA4GRIDs – New Generation of Unified Power Conditioner with Advanced Control, Integrating Electric Mobility, Renewables, and Active Filtering Capabilities for the Power Grid Improvement”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEI‑EEE/30283/2017. Este trabalho de dissertação também está enquadrado no projeto de IC&DT “DAIPESEV – Development of Advanced Integrated Power Electronic Systems for Electric Vehicles”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEI EEE/30382/2017. Dissertação de mestre em Engenharia Eletrónica e de Computadores

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    Authors: Leite, Rafael Filipe de Sousa;

    Nas últimas décadas, o crescimento económico-social teve um impacto significativo no consumo dos recursos naturais não renováveis, tanto no setor de transporte como no setor de energia. Este consumo, que continua a aumentar, representa uma advertência, tanto para as populações como para o planeta, principalmente, devido às alterações climáticas derivadas do aquecimento global. A resolução deste problema passa pela descarbonização do setor energético e pela eficiente utilização da energia elétrica. Como primeiro passo, um forte investimento na mobilidade elétrica, em concreto em veículos elétricos (VEs), visando alcançar uma maior competitividade a nível de preço, autonomia e tempo de carregamento é um bom ponto de partida. Todavia, o padrão da rede elétrica atual não está dimensionado para a proliferação dos VEs devido aos problemas que os carregamentos das baterias poderão acarretar ao nível da qualidade de energia elétrica. A integração dinâmica dos sistemas de armazenamento presentes no VE com as smart grids ainda está em fase de investigação e desenvolvimento. Neste sentido, esta dissertação apresenta a validação de uma nova topologia de carregador de baterias on-board para um VE que permite diversos modos de operação no contexto de smart grids. Assim, para além do modo de operação tradicional e comercial, designado por grid-to-vehicle (G2V), que tem como única função o carregamento das baterias do VE, esta dissertação apresenta uma nova topologia de carregador que permite desempenhar modos de operação no contexto de smart grids e smart homes, nomeadamente, vehicle-to-grid (V2G), home-to-vehicle (H2V), vehicle-to-home (V2H) e vehicle-for-grid (V4G). Com a finalidade de analisar as propostas apresentadas nesta dissertação, inicialmente foi efetuada uma contextualização histórica do VE e foram identificados os principais problemas associados. Posteriormente, foi efetuado um estudo dos principais conceitos teóricos dos conversores que podem ser empregues em sistemas de carregamento e, com recurso ao software PSIM, realizaram-se simulações computacionais da nova topologia do conversor com as respetivas teorias de controlo que validam os modelos implementados. Por fim, foram obtidos resultados experimentais nos diversos modos de operação do protótipo desenvolvido. Over the recent decades, economic-social growth has had a significant impact on the consumption of non-renewable natural resources, both in the transport and energy sector. This consumption, which continues to increase, is an advertence to the people and to the planet, mainly, due to the climatic consequences of global warming. A contribution to solving this problem involves the decarbonization of the energy sector and the efficient use of energy. As a first step, a significant investment in electric mobility, specifically in electric vehicles (EVs), is welcome to the transport sector, aiming to achieve greater competitiveness, price level, autonomy and loading time. However, the actual power grids were not designed for the proliferation of EVs, where the uncontrolled charging process can aggravate power quality problems of the grid. The dynamic integration of the EV energy storage systems into the smart grids is a relevant topic of research and development. Therefore, this dissertation presents the development of a new topology of an onboard EV battery charger, allowing several operation modes in the context of smart grids. Thus, in addition to the traditional and commercial mode of operation, identified as grid-to-vehicle (G2V), where the main purpose is the EV battery charging process, this dissertation presents some innovative operation modes in the context of smart grids and smart homes, such as, vehicle-to-grid (V2G), home-to-vehicle (H2V), vehicle-to-home (V2H) and vehicle-for-grid (V4G). Aiming to analyses the proposals presented in this dissertation, initially, a historical contextualization about the EV and the main associated problems were identified. Afterwards, a study of the main theoretical concepts of the converters that can be used as EV battery chargers was carried out using the PSIM software. Computational simulations of the new topology of the converter, with the respective control theories, were obtained, validating the implemented models. Finally, an experimental validation was accomplished considering the new topology operating in the different modes. Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) - Pelo suporte financeiro concedido através do Projeto 0302836 NORTE-01-0145-FEDER-030283 e ERDF–COMPETE 2020 Programme, SAICTPAC/0004/2015–POCI–01–0145–FEDER–016434 Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores

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    Authors: Rabêllo, Clarice Mendonça;

    Nas últimas décadas houve um crescimento populacional, principalmente nos meios urbanos. Consequentemente ocorreu um grande aumento da procura pelo sistema de transportes, gerando um conjunto de problemas de mobilidade e acessibilidade para pessoas e bens, além de gerar efeitos ambientais, economicos e sociais negativos. Uma das possíveis soluções é a substituição dos veículos de entrega de mercadorias que usam combustíveis fósseis por veículos mais sustentáveis, como os veículos elétricos ou que não utilizem energia, como as bicicletas. A logística urbana traz uma recente concepção do uso do solo e gestão dos fluxos de mercadorias em áreas urbanas. Este trabalho compara os veículos utilizados para a distribuição urbana de mercadorias no centro histórico de Curitiba com algumas opções de mobilidade sustentável, de modo a perceber qual o impacto gerado por estes meios e como eles podem ser reduzidos quando utilizados novos meios de transporte e com a implementação de um centro de distribuição urbano. Para tanto um inquérito foi desenvolvido e entregue aos comerciantes para se obter os dados sobre funcionamento, frequência e horários de entregas para estabelecimentos alimentares, como restaurantes, bares, lanchonetes, mercados, frutarias, entre outros. Com os dados recolhidos foi feito o cálculo das emissões atuais e desenvolvidos possíveis cenários de adoção do novo sistema de logística urbana e os respectivos valores de emissão para esses cenários. Para este trabalho foi considerada uma área de atuação de cada centro de distribuição urbano, num raio de atuação de 2km, de modo a abastecer o centro histórico estudado, auxiliar no abastecimento do centro da cidade e de alguns bairros na proximidade. In the last decades has been a population growth, mainly in urban areas. Consequently, there was a great increase in the demand for the transport system, generating a set of mobility and accessibility for people and goods, in addition to generating negative environmental, economic and social effects. One of the possible solutions is the replacement of the goods delivery vehicles that use fossil fuels with more sustainable vehicles, such as electric vehicles or those that do not use energy, such as bicycles. Urban logistics brings a recent conception of land use and management of goods flows in urban areas. This work compares the vehicles used for the urban distribution of goods in the historic center of Curitiba with some sustainable mobility options, in order to understand the impact generated by these means and how they can be reduced when using new means of transport and with the implementation of an urban distribution center. For this purpose, a survey was developed and delivered to traders to obtain data on operation, frequency and delivery times for food establishments, such as restaurants, bars, cafeterias, markets, fruit stores, among others. With the data collected, current emissions were calculated and possible scenarios for the adoption of the new urban logistics system were developed and what would be the emission values for these scenarios. For this work, an area of activity of each urban distribution center was considered, in order to supply the studied historical center, however it can also help in supplying the city center and some neighborhoods nearby, since the operating radius of these locations was 2km. Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Civil

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    Authors: Marques, Pedro Filipe Lima;

    O uso de metodologias computacionais para estudar o comportamento dinâmico de veículos ferroviários é cada vez mais comum, pois permite analisar o desempenho do veículo numa dada via, ajudar a projetar sistemas de suspensão, travagem ou tração, estudar o dano dos componentes, entre outros. Neste tipo de ferramentas, a modelação da interação do veículo com a via, traduzindo-se no contacto entre as rodas e os carris, tem particular importância. Posto isto, o presente trabalho visa desenvolver métodos computacionais que permitam uma análise mais detalhada do contacto propondo avanços relativos aos métodos existentes na literatura. Para a deteção de contacto entre a roda e o carril, foi desenvolvida uma abordagem tridimensional para identificação dos pontos de maior interferência, na qual as geometrias da roda e do carril são definidas como superfícies paramétricas. Este método tira partido do facto de a roda ser um corpo de revolução e o carril uma superfície de arrastamento, permitindo identificar o contacto entre perfis gerais, sem a necessidade recorrer a simplificações que evitem a existência de uma zona côncava na roda, isto é, permite a abordagem de contacto entre superfícies conformes. Nas abordagens atuais ao problema do contacto roda-carril, assume-se que a área de contacto é plana, contudo, essa hipótese deixa de ser válida para contactos onde exista alguma conformidade. Nesse sentido, foi desenvolvida uma metodologia para a determinação de uma zona de contacto curva em que a direção normal à superfície de contacto varia ao longo da mesma. Este método permite evitar descontinuidades no cálculo das forças de contacto normais como é aqui demonstrado em diversos casos de teste para o contacto estático entre rodas e carris. A avaliação das forças de contacto tangencial é determinante na interação roda-carril, sendo aqui proposta a utilização de tabelas de pesquisa para o cálculo dessas forças para permitir a diminuição do tempo de cálculo. Neste caso, uma tabela de procura com cinco varáveis de entrada, que considera uma região de contacto definida por uma dupla elipse, é utilizada para estudar o erro de interpolação devido à sua discretização. Com a metodologia proposta é possível estudar a exatidão da tabela de pesquisa sendo, neste processo, apresentadas duas versões melhoradas desta tabela, com minimização de erro ou com minimização da sua dimensão. O modelo multicorpo de uma carruagem do Metro de Lisboa é utilizado para demonstrar as metodologias desenvolvidas neste trabalho através da realização de análises dinâmicas em condições de operação. A cinemática do veículo, a localização dos pontos de contacto, as forças de contacto e as variáveis de entrada da tabela de procura são analisados em detalhe. Os resultados mostram que a utilização de perfis de rodas realistas em detrimento de perfis simplificados tem um impacto significativo na dinâmica do veículo e no tipo e número de contactos desenvolvidos. Da mesma forma, o uso de modelos não-Hertzianos para o cálculo das forças de contacto também tem uma influência considerável no comportamento dos veículos ferroviários relativamente às abordagens correntes. The use of computational tools to study the dynamic behavior of railway vehicles has been increasing due to its wide range of applications, namely to assess the performance of a vehicle in given track, design suspension, traction or braking systems, analyze the damage of components, among others. In this context, the vehicle-track interaction, which consists of the contact between wheels and rails, plays an important role. Thus, the present work aims to develop computational methodologies which allow a more detailed contact modeling presenting advances over the models available on the literature. In what concerns the contact detection between wheel and rail, a three-dimensional approach to identify the main contact points between wheel and rail was established. This methodology treats both geometries as parametric surfaces and takes advantage of the fact that the wheel is a revolution body and the rail is a sweep surface. Moreover, this allows to determine the contact between general surfaces, without using a simplified wheel profile which avoids the concave region, i.e., it treats the contact between conformal surfaces. In the current approaches to deal with wheel-rail contact, a planar contact region is assumed, however, this hypothesis is violated in the presence of conformality. Hence, it was developed a methodology to evaluate a curved contact patch in which the normal direction to the contact surface varies over the contact area. This method avoids discontinuities on the normal contact force evaluation, as demonstrated here through some wheel-rail static cases. The evaluation of tangential contact forces is fundamental in the context of wheel-rail interaction and, in this work, the utilization of lookup tables for the calculation of these forces is proposed for sake of the reduction of calculation time. Thus, a lookup table with five input variables, in which the contact patch is regularized to a simple double-elliptical contact region, is utilized to study the interpolation error due to its discretization. According to the presented methodology, it is possible to study the accuracy of a given lookup table and, in this process, two enhanced versions of this table are presented, one with minimization of the interpolation error and other with minimization of its size. The dynamic analyses of a multibody model of a trailer vehicle from Lisbon subway system in operation conditions are utilized to validate the methodologies developed in this work. The kinematics of the vehicle, the location of the contact points, the contact forces and input variables of the lookup table are analyzed in detail. The results demonstrate that the use of realistic wheel profiles has a significant influence in the dynamic response of the vehicle and in the type of identified contacts. Similarly, it is shown that the utilization of non-Hertzian contact models for the evaluation of both normal and creep forces also influences the dynamics of railway vehicles when compared with current approaches. Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) for funding this work through the PhD grant PD/BD/114154/2016, in the context of MIT Portugal Program. Tese de Doutoramento (Programa Doutoral em Líderes para Indústrias Tecnológicas)

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    Authors: Soares, Francisco Emanuel Cunha; Silva, Emanuel Teixeira; Pereira, Frederico; Silva, Carlos; +2 Authors

    Para atravessar uma rua, os peões devem detetar o tráfego, combinar dados provenientes de diferentes fontes, auditivas e visuais, avaliar o tempo para atravessar com segurança e monitorizar a posição dos veículos que se aproximam. Este trabalho teve como objetivo avaliar a influência do ruído emitido pelos veículos na tomada de decisão de atravessamento dos peões. Realizou-se uma experiência em ambiente virtual que reproduziu condições reais de travessia, no que diz principalmente respeito aos estímulos dos veículos em aproximação com diferentes padrões de movimento e velocidades. Foi considerado o ruído de um veículo elétrico, um veículo de combustão a gasolina, e uma condição de referência sem pistas auditivas. Vários participantes indicaram o momento da sua decisão de atravessamento. A tomada de decisão dos participantes baseou-se sobretudo nas características do movimento de aproximação do veículo, indicando que, a baixa velocidade, o efeito do ruído do veículo na decisão dos peões é reduzido. To cross a street, pedestrians must detect traffic, combine data from different sources, auditory and visual, assess the time to cross safely and monitor the position of approaching vehicles. This work aimed to evaluate the influence of noise emitted by vehicles on pedestrians’ crossing decision. An experiment was carried out in a virtual environment that reproduced real crossing conditions, mainly regarding the presentation of stimuli concerning the approach of a vehicle with different movement patterns and speeds. The noise of an electric vehicle, a gasoline combustion vehicle, and a reference condition without auditory cues were considered. Several participants indicated the moment of their crossing decision. The participants’ decision-making was based mainly on the characteristics of the vehicle's movement, indicating that, at low speed, the effect of vehicle noise on pedestrians’ decision is reduced. Este trabalho enquadra-se nas atividades do projeto de investigação AnPeB – Análise do comportamento de peões com base em ambientes simulados e sua incorporação na modelação de risco (PTDC/ECM-TRA/3568/2014), foi financiado no âmbito do projeto Promover a Produção Científica e Desenvolvimento Tecnológico e a Constituição de Redes Temáticas (3599-PPCDT) e comparticipado pelo Fundo Comunitário Europeu FEDER. De referir ainda a Fundação para a Ciência e a Tecnologia devido ao financiamento da bolsa de doutoramento SFRH/BD/131638/2017.

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    Authors: Fonseca, Pedro Daniel Gomes;

    Certos utilizadores dos meios rodoviários têm sido alvo de estudo de forma a tentar criar sistemas que ajudem a aumentar a segurança dos mesmos. Estamos a falar em concreto de peões, ciclistas e até mesmo motociclistas e estes denominam-se VRU sendo que o seu nome advém da fragilidade que apresentam perante os demais utilizadores que circulam nas mesmas estradas, em particular os carros. Estes sistemas inserem-se no âmbito das Smart Cities, cidades tecnológicas que cada vez mais estão em crescendo pelo mundo inteiro. O objetivo desta dissertação é tirar partido das vantagens da tecnologia das geofences, isto é, criar um perímetro virtual para unia localização geográfica real na qual se pretende detetar a todo o momento a entrada ou saída de um utilizador. Para atingir estes objetivos desenvolveu-se uma mobile app com o propósito de notificar um utilizador, seja este um pedestre, um ciclista ou um condutor, sempre que este entre ou saia de uma dessas geofences. Foi também desenvolvida uma plataforma web para um administrador por exemplo um gestor de unia Câmara Municipal, onde pode criar e remover geofences. O foco principal desta dissertação estará direcionado para a criação de geofences em pontos de interesse específicos para os VRU, isto é, áreas que podem ser consideradas perigosas para travessias de peões, devido a má visibilidade, de forma a sinalizar acidentes rodoviários ou ainda obras na via pública que possam causar disrupções no tráfego. Some road users have been targeted in a way to try and create systems that help increase their safety. We are referring to, in this instance, pedestrians, cyclists and even motorcyclists whom we call Vulnerable Road Users (VRU) due to the fragility they present when compared to other users that circulate on the same roads, in particular cars. These systems fall within the ambit of the Smart Cities that are increasingly growing all over the world. The objective of this dissertation is to take advantage of geofencing technology, i.e., to create a virtual perimeter for a real geographical location in which it is desired to detect at any moment the entrance or exit of an user. To achieve such goals a mobile app was deve loped with the purpose of notifying the user as soon as he enters or exits such geofences. A web-based platform was also conceived and designed for city hall administrators where geofences may be created, updated, deleted and classified. The main focus went towards the creation of geofences in specific points of interest for VRUs, i.e., areas that may be considered dangerous for pedestrians when crossing the road, due to bad visibility for instance, signaling road blocks or construction areas that may cause disruption in traffic or even a road accident. Dissertação de mestrado em Computer Science

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    Authors: Passos, Paulo Frederico Costeira de;

    A microgeração e a utilização de veículos elétricos estão cada vez mais presentes no quotidiano e representam dois importantes fatores no caminho do desenvolvimento das smart grids e smart homes, que visam a gestão dos dispositivos eletrónicos ligados à rede elétrica ou à habitação. Assim sendo, a necessidade do desenvolvimento de novas tecnologias, assim como a otimização de topologias já existentes, no sentido de melhorar o carregamento de baterias dos veículos elétricos, a produção de energia a partir de fontes de energia renováveis e o melhoramento da qualidade da energia elétrica, é cada vez mais relevante. No âmbito desta dissertação pretende-se desenvolver um equipamento que surge como uma solução para a realização da interface entre veículos elétricos, painéis fotovoltaicos e a rede elétrica, além de compensar, dinamicamente, problemas de qualidade da energia elétrica. A solução tradicional utiliza dois conversores de potência para realizar a interface entre o veículo elétrico e a rede elétrica e mais dois conversores de potência para a interface da fonte de energia renovável e a rede elétrica). Esta topologia apresenta uma desvantagem no carregamento direto das baterias do veículo elétrico a partir da fonte de energia renovável, pois requer o uso de quatro conversores de potência e a rede elétrica como intermediários. Para colmatar esta desvantagem, a configuração adotada utiliza apenas um conversor CA-CC e um barramento CC comum aos dois conversores CC-CC que interligará os três conversores. Assim, obtêm-se as vantagens de utilizar apenas um conversor para realizar a interface do carregador do veículo elétrico e a fonte de energia renovável com a rede, a possibilidade de realizar o carregamento das baterias diretamente dos painéis fotovoltaicos, sem usar a rede como intermediário, e ainda a contribuição para a melhoria dos problemas de qualidade de energia. Nesta dissertação, foi desenvolvido um conversor CA-CC (em colaboração com outra dissertação), o mais reduzido possível (usando SiC - Silicon Carbide, como semicondutores controlados), variando assim as suas caraterísticas de forma a se obter a redução de tamanho e a realizar a interface com os outros dois conversores de potência (CC-CC). Após um estudo cuidado do estado da arte, foi desenvolvido um modelo computacional em PSIM e foi desenvolvido um protótipo laboratorial (conversor CA-CC e CC-CC), onde o conversor CC-CC realiza a interface com a fonte de energia renovável (com algoritmo de controlo de maximum power point tracker (MPPT)). Com recurso ao sistema desenvolvido foram obtidos resultados experimentais que comprovam a solução adotada. Microgeneration and the use of electric vehicles are increasingly present in our daily lives and they represent two major factors in the development of smart grids and smart homes, which aim to manage electronic devices connected to the power grid or to the house. Therefore, the need to develop new technologies as well as improving the existing ones in order to improve battery charging of electric vehicles, the production of energy from renewable power sources and the improvement of energy quality is increasingly relevant. This dissertation intends to develop an equipment that emerges as a solution for the interface between electric vehicles, photovoltaic panels and the power grid as it also dynamically compensates for problems of power quality. The traditional solution uses two power converters to interface between the electric vehicle and the power grid (one ac/dc converter and another dc/dc converter) and two more power converters for the renewable power source (one ac/dc converter and another dc/dc converter). This traditional topology has a disadvantage in the direct charging of the electric vehicle batteries from the renewable energy source as it requires the use of four power converters and the power grid as intermediates. To overcome this drawback, the adopted configuration uses only one ac/dc converter and one common dc link to interface the two dc/dc converters with the ac/dc converter. This gives the advantages of using only one converter to interface the electric vehicle charger and the renewable power source with the power grid. It also allows the ability to charge the batteries directly from the photovoltaic panels without using the power grid as an intermediary further contributing to improve issues related to the quality of power. Through this dissertation, when combined with another dissertation, an AC/DC converter, compacted as much as possible will be developed, thus varying its characteristics in order to obtain the size reduction. This will interface with the other two power converters (dc/dc). Posteriorly and individually, a dc/dc converter will be developed that will interface with the renewable power source, where a maximum power point tracker (MPPT) control algorithm is applied in order to extract as much power as possible from the photovoltaic panel. Este trabalho de dissertação está enquadrado no projeto de IC&DT “newERA4GRIDs – New Generation of Unified Power Conditioner with Advanced Control, Integrating Electric Mobility, Renewables, and Active Filtering Capabilities for the Power Grid Improvement”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEI‑EEE/30283/2017. Este trabalho de dissertação está enquadrado no projeto de IC&DT “DAIPESEV – Development of Advanced Integrated Power Electronic Systems for Electric Vehicles”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEI EEE/30382/2017. Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica e de Computadores

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    Authors: Pinto, André Teixeira Araújo de Matos;

    Nos dias de hoje a mobilidade ciclável é vista como um meio de transporte cada vez mais procurado em vários contextos como de lazer, desporto, trabalho, entre outros, isto porque serve como meio de deslocação alternativo aos automóveis que são usados de uma forma desmesurada e contribuem para o aumento dos níveis de poluição urbana, entre outros fatores que diminuem a qualidade da saúde das populações em geral. Em conformidade com este crescimento, e no sentido de melhorar a mobilidade ciclável, têm surgido serviços de partilha de rotas que têm como objetivo oferecer informações de rotas já circuladas por outros ciclistas. Essas informações podem ser facilmente acedidas por outras pessoas, porém existe uma vasta gama de informação dispersa e que seria bastante útil se conseguíssemos agregá-la de forma a criar outro tipo de informação complementar bastante mais completa. Neste sentido esta dissertação tem como objetivo estudar o processo de agregação de rotas, e que como um conjunto de dados proveniente de diferentes fontes, promove um objetivo comum, que é melhorar a mobilidade urbana ciclável. Para isso foram estudados diferentes serviços de partilha de rotas e feita a agregação das rotas resultantes desse estudo, onde a informação obtida deste processo foi igualmente estudada no sentido de verificar a sua viabilidade e como pode contribuir para uma melhor experiência ciclável através de informação mais rica e não tão individualizada por uma só rota, mas sim como um conjunto de rotas agregadas. Nowadays, cycling mobility is seen as an increasingly popular means of transport in various contexts such as leisure, sports, work, among others, because it serves as an alternative means of displacement to cars that are used in a disproportionate manner, this contributes to the increase of urban pollution levels, among other factors that decrease the health quality of the population in general. In line with this growth, and in order to improve cycling mobility, route sharing services have emerged to provide information about routes previously fallowed by other cyclists. This information can be easily accessed by others, but there is a wide range of scattered information that would be very useful if we could aggregate it in order to create another kind of far more complete complementary information. In this sense this dissertation aims to study the process of route aggregation, and with data set from different sources, promotes a common goal, which is to improve urban cycling mobility. For this, different route sharing services were studied, and the resulting routes were aggregated, where the information obtained from this process was also studied in order to verify its viability and how it can contribute to a better cycling experience through richer information. and not so individualized by route, but as a set of aggregated routes. Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Gestão de Sistemas de Informação

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    Authors: Carvalho, Tiago Fernando de Sousa Oliveira Alves de;

    A emissão de gases poluentes para a atmosfera tem vindo a provocar alterações climáticas irreparáveis, levantando inúmeras questões relativas ao desenvolvimento sustentável para o futuro que se avizinha. Entre outros, a mobilidade de pessoas e bens apresenta-se como uma das principais origens deste problema. Com o intuito de mitigar este problema, a mobilidade elétrica tem vindo a ter uma presença cada vez mais assídua na sociedade de hoje em dia, proporcionando um meio de transporte com zero emissões. Contudo, a maior desvantagem deste conceito reside no sistema de armazenamento de energia, usualmente baterias eletroquímicas, resultando em autonomias baixas e tempos de carregamento elevados. Com o intuito de contribuir com o desenvolvimento tecnológico nesta área de investigação, o objeto de estudo desta dissertação teve como foco principal os sistemas de carregamento de baterias. No presente documento de dissertação de mestrado são apresentados vários tipos de carregamento de baterias existentes no mercado, os seus princípios de funcionamento, bem como vantagens e desvantagens. Tendo em consideração estes últimos pontos, e com o intuito de contribuir com o desenvolvimento tecnológico nesta área, foi desenvolvido um conversor de eletrónica de potência para o carregamento de baterias de um veículo elétrico. O carregador de eletrónica de potência desenvolvido é trifásico de carregamento lento e unidirecional, tendo sido adotada uma topologia em fonte de corrente, possuindo uma bobina como elemento armazenador de energia, em vez dos típicos condensadores aplicados aos conversores do tipo fonte de tensão. Além das diferenças mencionadas anteriormente, o conversor fonte de corrente permite ajustar de forma dinâmica a corrente de carregamento da bateria, evitando o uso de um segundo conversor CC-CC para esse efeito. Foi utilizado um sistema de controlo para o conversor funcionar como carregador de baterias que tem com base a modulação vetorial. O estudo e validação teórica do conversor de eletrónica de potência para o carregamento das baterias foi realizada com a ajuda da ferramenta de simulação PSIM. O desenvolvimento do protótipo e consequente validação experimental foi realizado em ambiente laboratorial, onde dispunha dos materiais e equipamentos necessários para a realização deste projeto. The emission of gaseous pollutants into the atmosphere has been causing irreparable climate change, raising several issues regarding sustainable development for the near future. Among others, mobility presents itself as one of the main origins of this problem. In order to mitigate this problem, electric mobility has been an increasingly frequent presence in today's society, providing a means of transportation with zero emissions. However, the major disadvantage of this concept lies in the energy storage system, usually electrochemical batteries, imposing low autonomy and high charging times. To contribute to the technological development in this area of research, the study object of this dissertation was focused on battery charging systems. In this Master Dissertation document are presented various types of battery charging systems existing in the market, its operating principles as well as advantages and disadvantages. Taking into consideration these last points, and with the intention of contributing to the technological development in this area, it was developed a power electronics converter to charge electric vehicle batteries. The developed power electronics converter is a three-phase, slow charging unidirectional device, with a current source topology having a coil as energy storage element instead of the typical capacitors applied in voltage source converters. In addition to these differences, the current source converter allows to dynamically adjust the battery charging current, avoiding the use of a secondary DC-DC converter for this purpose. A control system adapted to the converter was used, the main one being based in the space vector modulation. The study and theoretical validation of the power electronic converter for battery charging was carried out with the help of the PSIM simulation tool. The development of the prototype and consequent experimental validation was performed in laboratory environment, where it had the necessary components and instruments for the realization of this project. Este trabalho de dissertação está enquadrado no projeto de IC&DT “Quality4Power - Enhancing the Power Quality for Industry 4.0 in the era of Microgrids”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEI-EEE/28813/2017. Este trabalho de dissertação está enquadrado no projeto de IC&DT “DAIPESEV – Development of Advanced Integrated Power Electronic Systems for Electric Vehicles”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEI-EEE/30382/2017. Dissertação de mestre em Engenharia Eletrónica Industrial e de Computadores

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    Authors: Silva, Carlos Jorge Bravo;

    Com o aumento do número de veículos nas estradas o engarrafamento de trânsito nas zonas urbanas tem-se tornado um problema. Os engarrafamentos levam a prejuízos, poluem o ambiente e causam riscos para a saúde pública. Existe uma necessidade de gerir o trânsito de forma a evitar o congestionamento nas vias sem aumentar o número de infraestruturas, o que se tem demonstrado desafiador. Para combater estas dificuldades têm sido desenvolvidas novas soluções de gestão de trânsito, como a que será apresentada nesta dissertação. Para este projeto de dissertação os Transportes Urbanos de Braga (TUB) forneceram dados relativos às suas rotas desde 2016, até ao presente ano. O que se pretende com esta tese é recorrendo a técnicas de Data Mining, alimentados com estes dados e com dados de datasets complementares sobre o ambiente, como por exemplo um calendário de eventos na cidade, se consiga prever o comportamento do trânsito, de modo a otimizar as rotas feitas pelos autocarros dos Transportes Urbanos de Braga (TUB), reduzindo assim gastos em combustível, baixando a poluição e ter horários mais precisos para os utilizadores destes transportes. With the raise of the number of vehicles on the roads, traffic jams on urban areas became a problem. Traffic jams lead to financial losses, pollute the environment and cause risks to the public health. There is a necessity to manage traffic in order to avoid road congestion without increasing the number of infrastructures, which has been challenging. To combat these difficulties new traffic management solutions have been developed, like the one that will be presented in this dissertation. For this dissertation project the TUB provided data relative to their routes since 2016, until the present year. The objective of this thesis is using Data Mining techniques, powered by this data and with data from complementary datasets about the environment like, for example a calendar with the city events, we will be able to predict the behavior of the traffic in the following days in order to optimize the TUB bus routes accordingly with what is expected, reducing the fuel costs, lowering the pollution levels and have more accurate schedules for the costumers of these transports. Dissertação de mestrado em Engenharia e Gestão de Sistemas de Informação

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    Authors: Nova, Bruno Pereira da;

    A mobilidade elétrica está cada vez mais presente no nosso quotidiano principalmente em veículos elétricos (VEs), representando um fator importante para a evolução de um paradigma recente designado por smart grids (SGs). Neste conceito, fontes de energia renováveis, smart homes (SHs) e VEs estão sempre em comunicação com a rede elétrica, permitindo uma melhor gestão e eficiência da energia elétrica. A fim de se poder efetuar o carregamento de baterias a nível residencial, surgem novas oportunidades de operação para os VEs, apresentando mais vantagens para as SHs. Neste sentido, com esta dissertação contribuiu-se com o desenvolvimento de um equipamento que visa a integração de um VE e de painéis fotovoltaicos com a rede elétrica para integração numa SH. Uma das principais contribuições desta dissertação, é o facto de este equipamento recorrer ao uso de apenas um conversor de potência CA-CC que faz interface com a rede elétrica e de dois conversores de potência CC-CC que fazem interface com o VE e com os painéis fotovoltaicos. A solução tradicional necessita de dois conversores CA-CC, não permitindo o carregamento de baterias diretamente dos PVs Assim, este equipamento permite quatro modos de operação: carregamento das baterias (grid-to-vehicle, G2V); devolução da energia do VE para a rede elétrica (vehicle-to-grid, V2G); injetar energia das fontes renováveis para a rede elétrica (renewables-to-grid, R2G); utilizar a energia das renováveis para carregar o VE (renewables-to-vehicle, R2V). Estes modos permitem adaptabilidade do equipamento face a várias situações distintas numa SH e até mesmo funcionando alguns deles em simultâneo. Neste equipamento, outra das contribuições é serem aplicadas tecnologias emergentes no mercado da eletrónica de potência, mais precisamente Silicon Carbide MOSFETS, que permitem frequências e temperaturas de operação mais elevadas e apresentam uma resistência em condução baixa. Além destas contribuições um dos principais objetivos é o equipamento apresentar um volume reduzido, assim aumentando a densidade de potência total do sistema. Como o desenvolvimento do referido equipamento é bastante abrangente, o mesmo foi elaborado no âmbito de duas dissertações, sendo que nesta é desenvolvido o conversor CC-CC bidirecional que realiza a interface com o VE e parte do conversor CA-CC, assim como o respetivo sistema de controlo. Assim, com recurso ao equipamento desenvolvido foram obtidos resultados experimentais que comprovam a solução adotada. The electric mobility is increasingly present in our daily lives mainly in electric vehicles (EVs), representing an important factor for the evolution of a recent paradigm called smart grids (SGs). In this concept, renewable power sources, smart homes (SHs) and EVs are always in communication with the power grid, allowing a better management and efficiency of electricity. In order to be able to charge batteries at a residential level, new operating opportunities for EVs appear, with more advantages for SHs. In this sense, this dissertation intends to contribute to the development of an equipment that aims at the integration of an EV and photovoltaic panels with the power grid for integration in a SH. One of the main contributions of this dissertation is the fact that this equipment uses only one AC/DC power converter that interfaces with the power grid and two DC/DC power converters that interface with the EV and the photovoltaic panels. The traditional solution requires two ac/dc converters, not allowing batteries to be charged directly from PVs. This equipment will allow four modes of operation: battery charging; delivery of EV energy to the power grid; inject energy from renewable sources into the power grid; use renewable energy to charge the EV renewables-to-vehicle (R2V). These modes allow the equipment to adapt to different situations in an SH and even combine some of them simultaneously. Another contribution is the application of emerging technologies in the power electronics market, more precisely Silicon Carbide MOSFETS, which allow higher operating frequencies and temperatures and present a low leading resistance. Besides these contributions one of the main objectives of the equipment is to present a reduced volume, thus increasing the total power density of the system. As the development of this equipment is quite comprehensive, it will be elaborated in the scope of two dissertations, in which will be developed the bidirectional DC/DC converter that interfaces with the EV and part of the AC/DC converter, as well as the respective control system. Este trabalho de dissertação está enquadrado no projeto de IC&DT “newERA4GRIDs – New Generation of Unified Power Conditioner with Advanced Control, Integrating Electric Mobility, Renewables, and Active Filtering Capabilities for the Power Grid Improvement”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEI‑EEE/30283/2017. Este trabalho de dissertação também está enquadrado no projeto de IC&DT “DAIPESEV – Development of Advanced Integrated Power Electronic Systems for Electric Vehicles”, financiado pela Fundação para a Ciência e Tecnologia, com a referência PTDC/EEI EEE/30382/2017. Dissertação de mestre em Engenharia Eletrónica e de Computadores

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    Authors: Leite, Rafael Filipe de Sousa;

    Nas últimas décadas, o crescimento económico-social teve um impacto significativo no consumo dos recursos naturais não renováveis, tanto no setor de transporte como no setor de energia. Este consumo, que continua a aumentar, representa uma advertência, tanto para as populações como para o planeta, principalmente, devido às alterações climáticas derivadas do aquecimento global. A resolução deste problema passa pela descarbonização do setor energético e pela eficiente utilização da energia elétrica. Como primeiro passo, um forte investimento na mobilidade elétrica, em concreto em veículos elétricos (VEs), visando alcançar uma maior competitividade a nível de preço, autonomia e tempo de carregamento é um bom ponto de partida. Todavia, o padrão da rede elétrica atual não está dimensionado para a proliferação dos VEs devido aos problemas que os carregamentos das baterias poderão acarretar ao nível da qualidade de energia elétrica. A integração dinâmica dos sistemas de armazenamento presentes no VE com as smart grids ainda está em fase de investigação e desenvolvimento. Neste sentido, esta dissertação apresenta a validação de uma nova topologia de carregador de baterias on-board para um VE que permite diversos modos de operação no contexto de smart grids. Assim, para além do modo de operação tradicional e comercial, designado por grid-to-vehicle (G2V), que tem como única função o carregamento das baterias do VE, esta dissertação apresenta uma nova topologia de carregador que permite desempenhar modos de operação no contexto de smart grids e smart homes, nomeadamente, vehicle-to-grid (V2G), home-to-vehicle (H2V), vehicle-to-home (V2H) e vehicle-for-grid (V4G). Com a finalidade de analisar as propostas apresentadas nesta dissertação, inicialmente foi efetuada uma contextualização histórica do VE e foram identificados os principais problemas associados. Posteriormente, foi efetuado um estudo dos principais conceitos teóricos dos conversores que podem ser empregues em sistemas de carregamento e, com recurso ao software PSIM, realizaram-se simulações computacionais da nova topologia do conversor com as respetivas teorias de controlo que validam os modelos implementados. Por fim, foram obtidos resultados experimentais nos diversos modos de operação do protótipo desenvolvido. Over the recent decades, economic-social growth has had a significant impact on the consumption of non-renewable natural resources, both in the transport and energy sector. This consumption, which continues to increase, is an advertence to the people and to the planet, mainly, due to the climatic consequences of global warming. A contribution to solving this problem involves the decarbonization of the energy sector and the efficient use of energy. As a first step, a significant investment in electric mobility, specifically in electric vehicles (EVs), is welcome to the transport sector, aiming to achieve greater competitiveness, price level, autonomy and loading time. However, the actual power grids were not designed for the proliferation of EVs, where the uncontrolled charging process can aggravate power quality problems of the grid. The dynamic integration of the EV energy storage systems into the smart grids is a relevant topic of research and development. Therefore, this dissertation presents the development of a new topology of an onboard EV battery charger, allowing several operation modes in the context of smart grids. Thus, in addition to the traditional and commercial mode of operation, identified as grid-to-vehicle (G2V), where the main purpose is the EV battery charging process, this dissertation presents some innovative operation modes in the context of smart grids and smart homes, such as, vehicle-to-grid (V2G), home-to-vehicle (H2V), vehicle-to-home (V2H) and vehicle-for-grid (V4G). Aiming to analyses the proposals presented in this dissertation, initially, a historical contextualization about the EV and the main associated problems were identified. Afterwards, a study of the main theoretical concepts of the converters that can be used as EV battery chargers was carried out using the PSIM software. Computational simulations of the new topology of the converter, with the respective control theories, were obtained, validating the implemented models. Finally, an experimental validation was accomplished considering the new topology operating in the different modes. Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT) - Pelo suporte financeiro concedido através do Projeto 0302836 NORTE-01-0145-FEDER-030283 e ERDF–COMPETE 2020 Programme, SAICTPAC/0004/2015–POCI–01–0145–FEDER–016434 Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica Industrial e Computadores

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