تحقیقات موتور

تحقیقات موتور

کاربرد هوش مصنوعی برای استخراج چرخه رانندگی تراکتور کشاورزی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی بیوسیستم، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
2 دانشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران
چکیده
یکی از روش‌های رایج در پایش مقدار مصرف سوخت و آلایندگی وسائل نقلیه استفاده از چرخه رانندگی اختصاصی آن خودرو است. به دلیل اهمیت استخراج چرخه رانندگی در خودروهای سواری، اغلب تحقیقات به سمت بررسی چرخه رانندگی خودروهای سبک بوده است. یکی از چالش‌های مهم در استخراج چرخه رانندگی هر وسیله نقلیه‌ای تحلیل داده‌ها، طبقه‌بندی و تشخیص الگوی رانندگی است. از جمله وسائط نقلیه غیرجاده‌ای، تراکتورهای کشاورزی است که اندازه آن‌ها بستگی به عملیات کشاورزی دارد. همچنین عملیات کشاورزی انجام شده در مصرف سوخت، بارگذاری و آلایندگی تراکتورهای کشاورزی اثرگذار است. روش‌های جدید تحلیل و تشخیص الگوی رانندگی عموماً بر اساس روش‌های مبتنی بر هوش مصنوعی است. معمولاً دقت تشخیص و الگوی روش‌های مبتنی بر هوش مصنوعی بزرگتر از %90 است و دیگر ویژگی آن‌ها در تطبیق با کلان داده‌هاست. نتایج این تحقیق نشان داد که استفاده از روش‌های متداول یادگیری ماشین برای خوشه‌بندی و طبقه‌بندی برای هر حجمی از ویژگی‌ها قابل استفاده است.  با این حال، افزایش ویژگی‌ها، پیچیدگی تقسیم‌بندی نواحی و تأثیر عوامل مدیریت مزرعه باعث اختلال در روند آموزش الگو و کاهش دقت چرخه رانندگی استخراج‌شده و پیش‌بینی رفتار رانندگی می‌شود. بنابراین استفاده از الگوهای پیشرفته با قابلیت یادگیری عمیق برای بهبود دقت استخراج چرخه رانندگی در تراکتورهای کشاورزی ضروری است. لذا استخراج چرخه رانندگی هوشمند برای تراکتورهای کشاورزی بر اساس نوع عملیات کشاورزی به کمک روش‌های هوش مصنوعی می‌تواند موجب طراحی بهینه این دست از وسائط نقلیه غیر جاده‌ای شود و بطور همزمان خروجی‌های آلایندگی و متغیرهای اثرگذار عملیات کشاورزی را در الگوی رانندگی دخیل کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Agricultural tractor driving cycle extraction using artificial intelligence

نویسندگان English

SeyyedMohsen Mostasharshahidi 1
Mohammad Kasra Salamat 1
Barat Ghobadian 1
Masoud Masih-Tehrani 2
1 Department of Biosystems Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 School of Automotive Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده English

Driving cycle assessment is one of the common methods to evaluate a vehicle’s real-world condition also monitor fuel consumption and emissions. The basic challenge in the extraction of the driving cycle is data analysis to develop and define the suitable behavior of the device. Clustering, classification, and recognition of driving patterns are important steps in the extraction of a suitable driving cycle. Generally, the accuracy of modeling and recognition of AI-based methods is indicated by more than 90% and other outputs comply with big data. Thus, in this research, we endeavored to evaluate the effect of using artificial intelligence on the driving cycle of off-road vehicles. The major part of off-road vehicles are agricultural vehicles such as tractors which are divided into three categories based on agriculture operations; light, heavy, and extra heavy. In addition, the procedure of agricultural operation is effective on fuel consumption, loading, and exhaust emissions. The results of this research showed that the use of conventional machine learning methods for clustering and classification can be used for any volume of features. However, with an increase in features, the complexity of region segmentation and the effect of farm management factors cause overtraining conditions in the learning algorithm and reduce the accuracy of the extracted driving cycle and prediction of driving behavior. Therefore, it is necessary to use advanced algorithms with deep learning capabilities. Therefore, extracting the intelligent driving cycle for agricultural tractors based on the type of agricultural operation with the help of artificial intelligence methods can reduce fuel consumption, pollution, and optimal farm management.

کلیدواژه‌ها English

Artificial Intelligence
Machine Learning
Deep Learning
Agricultural Tractor
Driving Cycle Recognition
[1] Giakoumis EG. Driving and Engine Cycles. Cham: Springer International Publishing; 2017. doi: 10.1007/978-3-319-49034-2
[2] BARLOW TJ, Latham S, McCrae IS, Boulter PG. A reference book of driving cycles for use in the measurement of road vehicle emissions. Proj Rep. 2009; Version 3.
[3] Rdig W. Environmental Policy-Making in Britain, Germany and the European Union: The Europeanisation of Air and Water Pollution Control. By Rdiger K. W. Wurzel. Manchester: Manchester University Press, 2002. 304p. Perspect Polit. 2004;2:210–1. doi: 10.1017/S1537592704280707
[4] Kuhler M, Karstens D. Improved Driving Cycle for Testing Automotive Exhaust Emissions. Proc. Inst. clean air Conf. Pap., vol. 1, 1978, p. 157–63. doi: 10.4271/780650
[5] Watson HC. Vehicle driving patterns and measurement methods for energy and emissions assessment .1978.
[6] Standard ISO, ISO BS. Reciprocating internal combustion engines—Exhaust emission measurement. 2006.
[7] Kotus M, Pexa M, Kubín K. MODELLING OF NON-ROAD TRANSIENT CYCLE. J Cent Eur Agric. 2013;14:1281–94. doi: 10.5513/JCEA01/14.4.1344
[8] Wisell T, Jerksjö M, Hult C, Lindgren M. Fuel and Technology Alternatives in Non-Road Engines. Annex 50 IEA Adv Mot Fuels Technol Collab Program. 2019.
[9] Hussein Abbas Jebur. A review: Machine relationship with the tractor and its effect on the productivity and compaction of agricultural soil. Univ Thi-Qar J Agric Res. 2023;12:22–43. doi: 10.54174/utjagr.v12i1.237
[10] Mateo‐Marín N, Bosch‐Serra ÀD, Molina MG, Poch RM. Impacts of tillage and nutrient management on soil porosity trends in dryland agriculture. Eur J Soil Sci. 2022;73:1–17. doi: 10.1111/ejss.13139
[11] D’Acqui LP, Certini G, Cambi M, Marchi E. Machinery’s impact on forest soil porosity. J Terramechanics. 2020;91:65–71. doi: 10.1016/j.jterra.2020.05.002
[12] Moosavian A, Abdolmaleki S, Rezaei M, Nejat M. Driving Cycle Extraction of Tehran City’s West Region for a Car with Turbocharged Engine using Microtrip Clustering Method. 2019:3–12. [In Persian]
[13] Masih-Tehrani M, Ebrahimi-Nejad S. Hybrid Genetic Algorithm and Linear Programming for Bulldozer Emissions and Fuel-Consumption Management Using Continuously Variable Transmission. J Constr Eng Manag. 2018;144:2–10. doi: 10.1061/(asce)co.1943-7862.0001490
[14] Karimi G, Masih-Tehrani M, Pourbafarani Z. Development of Wheel Loader Duty Cycle Using Hybrid Markov Chain and Genetic Algorithm. SAE Int J Commer Veh. 2021;15:02-14-04–0034. doi: 10.4271/02-14-04-0034
[15] Yang L, Tian W, Zhai W, Wang X, Chen Z, Wen L, et al. Behavior recognition and fuel consumption prediction of tractor sowing operations using smartphone. Int J Agric Biol Eng. 2022;15:154–62. doi: 10.25165/j.ijabe.20221504.7454
[16] Topić J, Škugor B, Deur J. Neural Network-Based Prediction of Vehicle Fuel Consumption Based on Driving Cycle Data. Sustainability. 2022;14:744. doi: 10.3390/su14020744
[17] Asadi A, Azadi M, Khalesi MH, Ashkan S. Investigating the effects of geographics climate on the characteristics of statistical data and driving cycle. 2023;70:37–65. doi: 10.22034/ER.2023.2009114.1013 [In Persian]
[18] Wu Y, Zhang W, Zhang L, Qiao Y, Yang J, Cheng C. A Multi-Clustering Algorithm to Solve Driving Cycle Prediction Problems Based on Unbalanced Data Sets: A Chinese Case Study. Sensors 2020;20:2448. doi: 10.3390/s20092448
[19] Rapalis P, Lebedevas S, Mickevičienė R. Mathematical Modelling of Diesel Engine Operational Performance Parameters in Transient Modes. Pomorstvo. 2018;32:165–72. doi: 10.31217/p.32.2.1
[20] Ye X, Lu J, Tian S, Zhao Z, Lv Q, Zhang Z. Research on Driving Cycle Recognition Strategy Based on Machine Learning. Lect. Notes Electr. Eng., vol. 1016 LNEE, 2023, p. 140–51. doi: 10.1007/978-981-99-1027-4_15
[21] Khodabakhshian M, Feng L, Wikander J. Improvement of Fuel Efficiency and Drivability Using Simple Prediction for Gear Changing. IFAC Proc Vol. 2013;46:518–23. doi: 10.3182/20130904-4-JP-2042.00050
[22] Pandey V, van Dooren S, Ritzmann J, Pla B, Onder C. Variable smoothing of optimal diesel engine calibration for improved performance and drivability during transient operation. Int J Engine Res. 2021;22:1888–95. doi: 10.1177/1468087420918801
[23] Feng R, Chen K, Sun Z, Hu X, Li G, Wang S, et al. A comparative study on the energy flow of a hybrid heavy truck between AMT and MT shift mode under local driving test cycle. Energy Convers Manag. 2022;256:115359. doi: 10.1016/j.enconman.2022.115359
[24] Wang X, Zhao Y, Li W. Recognition of Commercial Vehicle Driving Cycles Based on Multilayer Perceptron Model. Sustainability. 2023;15:2644. doi: 10.3390/su15032644
[25] Stoel B. Use of artificial intelligence in imaging in rheumatology – current status and future perspectives. RMD Open. 2020;6:e001063. doi: 10.1136/rmdopen-2019-001063
دوره 70، شماره 4 - شماره پیاپی 73
مقالات انگلیسی
زمستان 1402
صفحه 14-26

  • تاریخ دریافت 25 اسفند 1402
  • تاریخ بازنگری 16 فروردین 1403
  • تاریخ پذیرش 20 فروردین 1403