Réza VOSOOGHI

Composition du jury

Abstract

Shared autonomous vehicles (SAVs) are the next major evolution in urban mobility. This technology has attracted much interest of car manufacturers aiming at playing a role as transportation network companies (TNCs) and carsharing agencies in order to gain benefits per kilometer and per ride. An SAV service can merge cabs, carsharing, and ridesharing systems into a singular transportation mode, and allow a more accessible, dynamic, and intelligent form of Shared Mobility. However, the success and competitiveness of future SAV services depend on their operational models, which are linked intrinsically to the service configuration and fleet specification. On the other hand, any changes in operational models of SAVs result in different demands for such a service in a real-world transportation network. Hence, considering the dynamic interaction of service and demand represents a key-factor for successfully designing SAVs in a real-life context. Using a comprehensive framework of SAV simulation in a multimodal dynamic-demand system with integrated SAV user taste variation, this thesis aims to evaluate the performance of various non-electric and electric SAV fleets and their operational configuration, and to design the service. Overall, this thesis addresses several main research questions: What is the most appropriate approach to model the travel demand of SAVs and to simulate the service? Which metrics should be used to evaluate the performance of the service? What are the potential impacts of considering user taste variation on SAV service performance and configuration? Which SAV service configuration is more appropriate for both travelers and operators? If we consider a fleet of electric SAVs, how should the configuration of a relevant charging infrastructure look like?

To answer these questions, first, different approaches to SAV travel demand modeling and simulation techniques are reviewed and analyzed. Next, the required data and process, particularly synthetic population generation and activity chain allocation, are presented. In line with the purpose of this thesis, an overall framework of comprehensive SAV modeling and simulation is then proposed. Later, the results of a survey, conducted to explore the travelers’ taste variation toward using driverless cars, are presented. The obtained results are used in the integration of user taste variation into the proposed modeling and simulation framework. Afterward, the impact of user taste variation on SAV service design and particularly fleet size is explored. Insights gained through a comprehensive investigation of SAV service performance considering fleet size, vehicle capacity, ridesharing and rebalancing, and service cost along with proposed key performance indicators are then provided. Finally, assuming a fleet of electric SAVs, the impacts of charging station placement, charging types (including normal and rapid charging, and battery swapping), variation in terms of the number of vehicles per charging outlets, and vehicle battery capacities, on service efficiency are explored.

This thesis is one of the first attempts to look at different fleet and infrastructure configurations of non-electric and electric SAVs in a realistic scenario. Although further efforts are required to improve the proposed framework of SAV service design, modeling, and simulation, the obtained findings highlight the significant importance of considering dynamic demand and heterogeneous user preferences in design and performance evaluation of such a new system.

Résumé

Les Robot-Taxis constituent la prochaine évolution majeure de la mobilité urbaine. Cette technologie a attiré l’intérêt des constructeurs automobiles souhaitant jouer le rôle de sociétés de réseau de transport (TNCs) afin d'obtenir des profits par kilomètre et par trajet. Un service basé sur des véhicules autonomes peut fusionner les systèmes de taxis classiques ou à la demande, et de voitures en libre-service, en un mode de transport unique en permettant une forme de mobilité partagée plus accessible, dynamique et intelligente. Cependant, le succès et la compétitivité des futurs services de Robot-Taxis dépendent de ses modèles opérationnels, qui sont intrinsèquement liés à la configuration du service et aux spécifications de la flotte. En utilisant une approche complète de simulation et de modélisation du service Robot-Taxi dans un système multimodal en valorisant la demande dynamique et la variation de préférences des voyageurs, cette thèse vise à évaluer les performances de diverses flottes de Robot-Taxi non électriques et électriques, et leur configuration opérationnelle, ainsi qu’à la conception du service. En général, cette thèse aborde les principales questions de recherche suivantes : Quelle est l'approche la plus appropriée pour modéliser la demande de déplacements des Robot-Taxis et simuler le service ? Quelles métriques faut-il utiliser pour évaluer les performances d’un tel service ? Quels sont les impacts potentiels de la prise en compte de la variation des préférences des voyageurs sur les performances et la configuration du service Robot-Taxi ? Quelle configuration de service Robot-Taxi est plus appropriée pour l’ensemble des voyageurs et des opérateurs? Si nous considérons une flotte de véhicules autonomes électriques, à quoi devrait ressembler la configuration la plus adaptée d’une infrastructure de recharge ?

Pour répondre à ces questions, d’abord, différentes approches de la modélisation de la demande de déplacement de Robot-Taxi ainsi que des techniques de simulation sont passées en revue et analysées. Ensuite, les données et processus requis, en particulier la génération de la population synthétique et l’allocation de la chaîne d’activités, sont présentés. Conformément aux objectives de cette thèse, un cadre général de modélisation et de simulation de services Robot-Taxi est ensuite proposé. Ensuite, l'impact de préférences des usagers sur la conception du service Robot-Taxi, et en particulier, sur le dimensionnement de la flotte est exploré. Des analyses approfondies des performances du service, considérant la taille de flotte, la capacité du véhicule, le partage de parcours et le repositionnement, le coût du service, ainsi que les indicateurs de performance clés proposés, sont ensuite présentées. Enfin, en considérant une flotte de véhicules autonomes électriques, l'impact du positionnement des stations de recharge, des types de bornes de recharge, de la variation en termes de nombre de véhicules par borne de charge, et de capacités de batterie du véhicule, sur l'efficacité du service sont explorés.

Le travail effectué dans le cadre de cette thèse est l’un des premiers essais pour examiner différentes configurations de flotte et d’infrastructure de Robot-Taxi, non électriques et électriques, dans un scénario réaliste. Bien que des efforts supplémentaires soient nécessaires pour améliorer le cadre proposé pour la conception, la modélisation et la simulation de services, les résultats obtenus mettent en évidence la prise en compte la demande dynamique et des préférences hétérogènes des voyageurs dans la conception et l’évaluation des performances de ce nouveau système de déplacement.