Developing planning and collaboration models for the efficient integration of truck platoons in forestry transportation

Gazran, Saba (2024). Developing planning and collaboration models for the efficient integration of truck platoons in forestry transportation. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Truck platooning consists in forming a convoy of two or more trucks traveling close to one another, synchronized in their movements using automated driving technology and vehicle-to-vehicle (V2V) communication. The following trucks can automatically adjust steering, speed, and braking based on the actions of the lead truck. This leads to reduced fuel consumption and depending on the automation level to less truck drivers. This doctoral thesis investigates the potential of truck platooning technology in improving the efficiency and sustainability of product transportation in particular in forestry. It is divided into three phases.

The first phase presents a systematic literature review on truck platooning transportation planning. This review explores the models used in the literature for different planning levels (notably in collaboration contexts), the benefits of truck platooning transportation planning alongside the challenges it faces. According to the review, more than 80% of the papers were published between 2019 and 2023. The study highlights the lack of strategic-tactical planning and collaboration models focused on the forestry industry, as well as models that address the integration of truck platoons at long-term and mid-term planning levels. The second phase focuses on developing a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) model for evaluating the efficiency of truck platooning in upstream forest supply chains. It explores the gradual integration of truck platooning into the transportation network. Moreover, this phase analyzes truck platooning benefits (cost savings, fuel consumption, and labor), as well as the factors that influence its efficiency. This phase demonstrates potential cost savings between 3% to more than 20% and fuel consumption reductions of 1-16%, and reductions in the number of drivers between 3% to more than 50% depending on the scenario notably level of platooning integration to the transportation network. The key factors influencing platooning efficiency are average transportation distances, backhauling opportunities, and access levels of truck platoons to forest areas. The last phase focuses on collaboration between carrier companies using truck platooning. The results indicate that collaboration using truck platooning can yield additional cost savings of 1-19%. This phase analyzes different collaboration scenarios. Moreover, it investigates cost-sharing between the companies in the collaboration. It provides an MILP transportation planning model and uses Game Theory based models for cost sharing. Phases 2 and 3 present applications to case studies inspired from upstream forest transportation networks in the province of Quebec, Canada.

This doctoral project presents decision-making models that consider the characteristics (benefits and constraints) of truck platooning that can be implemented in the real-world to reduce transportation costs, fuel consumption, and the number of drivers required (in a labour shortage context). This contributes to more sustainable forest transportation.

Titre traduit

Développement de modèles de planification et de collaboration pour l’intégration efficace des pelotons de camions dans le transport forestier

Résumé traduit

Un peloton de camions, ou "truck platooning", consiste à former un convoi de deux camions ou plus, se déplaçant de manière rapprochée et synchronisée grâce à la technologie de conduite automatisée et de communication véhicule-à-véhicule (V2V). Les camions suiveurs ajustent automatiquement leur direction, vitesse et freinage en fonction des actions du camion de tête, ce qui permet de réduire la consommation de carburant et, selon le niveau d’automatisation, de diminuer le nombre de conducteurs nécessaires. Cette thèse doctorale examine le potentiel de la technologie de peloton de camions pour améliorer l’efficacité et la durabilité du transport, notamment des produits forestiers. Elle est divisée en trois phases.

La première phase présente une revue systématique de la littérature sur la planification du transport utilisant les pelotons de camions. Cette revue explore les modèles développés dans la littérature pour différents niveaux de planification (notamment dans un contexte de collaboration), les avantages de la planification du transport utilisant les camions en peloton ainsi que les défis rencontrés. Selon la revue, plus de 80% des articles ont été publiés entre 2019 et 2023. L’étude souligne le manque de modèles de planification stratégique-tactique et de collaboration axés sur l’industrie forestière, ainsi que de modèles qui traitent de l’intégration des pelotons de camions aux niveaux de planification à long et moyen terme. La deuxième phase se concentre sur le développement d’un modèle de programmation linéaire en nombres entiers mixtes (MILP) pour évaluer l’efficacité des camions en peloton dans les chaînes d’approvisionnement forestières amont. Elle explore l’intégration progressive des camions en peloton dans le réseau de transport. De plus, cette phase analyse les avantages du peloton de camions (réductions de coûts, consommation de carburant et main-d’oeuvre) ainsi que les facteurs qui influencent son efficacité. Cette phase démontre des économies potentielles de coûts allant de 3% à plus de 20%, des réductions de la consommation de carburant de 1 à 16% et des réductions du nombre de conducteurs de 3% à plus de 50% selon le scénario notamment le niveau d’intégration des pelotons de camions dans le réseau de transport. Les principaux facteurs influençant l’efficacité du peloton sont les distances moyennes de transport, les opportunités de retour en charge et les niveaux d’accès des pelotons de camions aux zones forestières. La dernière phase se concentre sur la collaboration entre des entreprises de transport utilisant les pelotons de camions. Les résultats indiquent que la collaboration utilisant les pelotons de camions peut générer des économies de coûts supplémentaires de 1 à 19%. Cette phase analyse différents scénarios de collaboration. De plus, elle examine le partage des coûts entre les entreprises participantes. Elle fournit un modèle de planification de transport basé sur le MILP et utilise des modèles basés sur la théorie des jeux pour le partage des coûts. Les phases 2 et 3 présentent des applications à des études de cas inspirées des chaînes d’approvisionnement forestières amont dans la province de Québec, au Canada.

Ce projet doctoral présente des modèles d’aide à la décision qui prennent en compte les caractéristiques (avantages et contraintes) du peloton de camions et qui peuvent être mis en oeuvre dans le monde réel pour réduire les coûts de transport, la consommation de carburant et le nombre de conducteurs nécessaires (dans un contexte de pénurie de main-d’oeuvre). Cela contribue à rendre le transport forestier plus durable.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript-based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of doctor of philosophy". Comprend des références bibliographiques (pages 153-170).
Mots-clés libres:	peloton de camions, transport, planification, collaboration, partage des coûts, revue systématique de la littérature, recherche opérationnelle
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Boukherroub, Tasseda
Codirecteur:	Codirecteur Rönnqvist, Mikael
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	30 avr. 2025 14:26
Dernière modification:	30 avr. 2025 14:26
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3589

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