Mobility as a service : data-driven operational and economic feasibility of an autonomous urban car-sharing

The world of mobility is moving towards three main mega-trends: the use of electric vehicles, the development of self-driving (autonomous) vehicles and the expansion of MaaS (Mobility as a Service) models; i.e. models of shared transportation, intended as a service for citizens, and no longer based on the use of private cars. Therefore, we can expect that electric and autonomous car-sharing services will take a huge role in the mobility of the future. This work aims to study the feasibility of an autonomous car-sharing service, both from the operational perspective and from the economic one and has the unique feature of being based on real trips data made by private vehicles, hence it is also totally data driven. Analyzing travel habits of a medium sized urban area inhabitants, and thanks to the implementation of a realistic simulator of this electric and autonomous car-sharing service, we found that almost all urban trips made by the inhabitants could be served by a fleet of robotaxis. The ratio between the number of autonomous urban robotaxis and that of private cars, with a high level of activity in the city, results, from simulations and optimization based on real data, to be 1:9. This means that trips of 9 private cars can be covered, almost entirely, by a single electric and autonomous vehicle. From this, a significant reduction of the parking areas and the possibility of dismissing one’s owned car. Carrying out simulations of this car-sharing service, we could also make considerations on the minimum fares to apply in order to reach the economic break-even. These fares vary between 0.19 €/km and 0.21 €/km, or similarly, between 0.07 €/min and 0.08 €/min, depending on the dimension of the simulated service. These prices would already be competitive compared to other shared mobility services, such as public transportation, and highly cheaper than traditional car-sharing services. Furthermore, we observed that the efficiency of the service increases as the number of people joining the service increases. This leads, also, to lower costs for the user. It is, therefore, desirable that as many people as possible switch to a form of shared mobility, like the one presented in this work.

Il mondo della mobilità si sta muovendo verso tre mega-trend principali: l’utilizzo di veicoli elettrici, lo sviluppo di veicoli a guida autonoma e la diffusione di modelli "a servizio", cioè sistemi integrati di trasporto condiviso, intesi come servizio per i cittadini, e non più basati sull’uso di veicoli privati. Quindi, una tipologia di trasporto che è lecito attendersi prenderà il sopravvento in futuro, è quella del car-sharing elettrico ed autonomo. Questo progetto di tesi studia la fattibilità di un servizio di car-sharing autonomo ed elettrico, sia dal punto di vista dell’efficienza del servizio, sia per quanto riguarda la fattibilità economica, e ha la caratteristica unica di essere totalmente basato su dati di percorrenza reali di veicoli privati. Studiando le abitudini di percorrenza degli abitanti di un’area urbana di medie dimensioni, e grazie alla costruzione di un realistico simulatore di questo servizio di car-sharing elettrico ed autonomo, si è trovato che quasi tutti i viaggi urbani potrebbero essere serviti da una flotta di robotaxi. Il rapporto tra il numero di robotaxi e quello del numero di auto private, che hanno un alto livello di attività in città, risulta essere di 1:9 (risultato ottenuto a partire da simulazioni e ottimizzazioni basate su dati reali). Questo significa che i viaggi effettuati da 9 veicoli privati possono essere serviti quasi completamente da un singolo veicolo autonomo ed elettrico. Tutto ciò comporterebbe un significativo calo di aree dedicate ai parcheggi e la possibilià di dismettere la propria autovettura. Svolgendo simulazioni di tale servizio di car-sharing, è stato possibile fare considerazioni sulle tariffe minime da attuare per raggiungere il break-even economico. Queste tariffe variano tra i 0.19-0.21 €/km, oppure tra i 0.07-0.08 €/min, a seconda della dimensione del servizio simulato. I prezzi sarebbero già competitivi rispetto ad altri servizi di mobilità condivisa, come i mezzi pubblici, e altamente più convenienti rispetto ai servizi di car-sharing tradizionali. Inoltre si è osservato come più utenti usufruiscano del servizio di car-sharing elettrico ed autonomo, migliore sia l’efficienza del servizio stesso. Tutto ciò comporta anche dei costi finali minori per l’utente. È, perciò, auspicabile che quante più persone possibili passino a una forma di mobilità condivisa.