Are robotaxis worth it ? On-demand Autonomous Vehicle Mobility Services in heterogeneous Territories : A Cost Benefit Analysis - École des Ponts ParisTech Access content directly
Theses Year : 2023

Are robotaxis worth it ? On-demand Autonomous Vehicle Mobility Services in heterogeneous Territories : A Cost Benefit Analysis

Est-ce que les véhicules autonomes valent le coût ? Services de véhicules autonomes à la demande dans différents territoires, une analyse coût bénéfice : Une analyse coût-bénéfice Une analyse coût-bénéfice

Félix Carreyre
  • Function : Author
  • PersonId : 1383619
  • IdRef : 269082263

Abstract

The 2010’ has seen a spectacular interest for autonomous vehicles (AV). The new market opened by the promises of improved safety and comfort pushed car makers and newcomers, such as tech companies, to invest in the development of autonomous vehicles. The scientific literature has also taken interest in the topic and produced analysis to investigate the expected impact of this emerging mode of transportation. These works have mostly focused on the operational ability of on-demand autonomous vehicles services to replace services which are actually operated by conventional car, including the private use of the car. This thesis aims to provide an economic evaluation of on-demand autonomous vehicles services in different territories to complete the existing scientific literature.This thesis aims to answer the following research questions: What are the performances of AV-based services by considering the perspectives of the main stakeholders (i.e., users, operators and public authorities)? Are there more relevant AV-based services than others? Which is the most suitable operating model of AV-based services to deploy in each type of territory (i.e., urban, peri-urban and rural)?First, a bibliometric analysis and a meta-analysis is carried out to understand the focus of the literature and its main results. Then, a cost-benefit analysis framework suited to the evaluation of autonomous vehicles services is developed. The methodology is applied to three case studies, in Berlin (urban setting), the Communauté d’agglomération de Paris-Saclay (periurban setting) and Dourdan (a rural territory south of Paris). Each time, the MATSim agent-based mobility model is used to forecast the expected use of the AV services considered, and provide the necessary inputs for the cost-benefit analysis.The contributions of this thesis are both methodological and empirical. The methodological contribution lies in the development of a CBA framework and a parametrical set of reference values for autonomous vehicle services. Regarding the empirical contribution, the meta-analysis shows that on-demand AV services would increase travelled distances in most cases, but could allow to cut down the required fleet size by half. Our case studies corroborate and extend these results with a more comprehensive evaluation. In the Berlin case study, introducing AVs would lead to an increase in congestion, leading to a decrease in the consumer surplus and a negative net present value. This suggests that automation in urban settings should firstly focus on heavier modes of transportation, such as bus lines or rail lines. The Paris Saclay case study led to more promising results thanks to an intermodal (train – AV) scenario which allowed to significantly increase the average occupancy per vehicle and increase accessibility for many users, at the cost of lower patronage for the competing bus lines. On-demand AVs could replace low occupancy bus lines depending on territories. Considering the potentially substantial infrastructure costs, AVs could be implemented under a Stop-Based routing to limit the network length to equip. In the Dourdan rural case study, on-demand AVs suffer from low occupancy, especially when the service does not offer ridesharing (with a significant share of deadheading). This low economic performance of AV services in rural territories suggests that these should only be introduced for specific purposes – such as providing a mobility solution for specific populations – or in combination with other mobility policies. This case study highlights the importance of infrastructure costs, which are even more prevalent for low demand densities.This work contributes to better understanding the potential impacts of on-demand AVs. It provides first recommendations on how to introduce AVs depending on the territorial context in order to mitigate the undesirable externalities and limit the possibly large financial costs, especially regarding the infrastructure.
La décennie 2010 a été marquée par un intérêt pour les véhicules automatisés (VA). Le nouveau marché ouvert par les promesses d'une sécurité et d'un confort améliorés a incité les constructeurs automobiles et de nouveaux venus à investir dans le développement des VA. La littérature scientifique s'est également intéressée à ce sujet et a produit des analyses pour étudier l'impact attendu de ce nouveau mode de transport. Ces travaux se sont principalement concentrés sur la capacité opérationnelle des services de VA à la demande pour remplacer les services aujourd’hui assurés par les voitures conventionnelles. Cette thèse propose une évaluation socioéconomique des services de VA à la demande dans différents territoires en répondant aux questions de recherche suivantes : Quelles sont les performances des services basés sur les VA en tenant compte des perspectives des principales parties prenantes (c'est-à-dire les usagers, les opérateurs et les autorités publiques) ? Certains services de VA sont-ils plus pertinents que d'autres ? Quel modèle opérationnel est le plus adapté à déployer dans chaque type de territoire (urbain, périurbain et rural) ?Une méta-analyse est réalisée pour appréhender l’état de l’art et ses principaux résultats. Ensuite, un cadre d'analyse coûts-bénéfices (ACB) adapté à l'évaluation des services de VA est développé. La méthodologie est appliquée à trois cas d’étude (urbain, périurbain et rural), à Berlin, à la Communauté d'agglomération de Paris-Saclay et à Dourdan (sud de Paris). Le modèle de simulation de mobilité multi-agents MATSim est utilisé pour déterminer la fréquentation des services de VA et fournir les entrées nécessaires pour l’ACB. Les contributions de cette thèse sont à la fois méthodologiques et empiriques. La contribution méthodologique réside dans le développement d'un cadre d’ACB et d'un ensemble de valeurs de référence pour l’évaluation socioéconomiques des services de VA. En ce qui concerne la contribution empirique, la méta-analyse montre que les services de VA à la demande augmenteraient les distances parcourues, mais pourraient permettre de réduire de moitié la taille de la flotte requise. Nos études de cas corroborent et étendent ces résultats par une évaluation plus complète. A Berlin, l'introduction des VA entraînerait une augmentation de la congestion, entraînant une diminution du bien-être des usagers. Cela suggère que l'automatisation dans les environnements urbains devrait d'abord se concentrer sur les modes de transport plus lourds, tels que les lignes de bus. À Saclay, un scénario intermodal (train–VA) a permis d'augmenter l'occupation moyenne des véhicules et d'améliorer l'accessibilité pour certains utilisateurs, au détriment d'une fréquentation plus faible pour les lignes de bus. Les VA à la demande pourraient remplacer les lignes de bus à faible occupation selon les territoires. Compte tenu des coûts d'infrastructure qui pourraient être importants, les VA pourraient opérer un schéma de desserte de point-à-point basé sur les stations de bus pour limiter la longueur du réseau à équiper. Dans l'étude de cas rural de Dourdan, les VA souffrent d'une faible occupation, en particulier lorsque le service ne propose pas de covoiturage. Cette faible performance économique des services de VA dans les territoires ruraux suggère qu'ils ne devraient être introduits que pour des besoins spécifiques - tels que fournir une solution pour des populations spécifiques. Cette étude de cas souligne l'importance des coûts d'infrastructure, dont l’importance relative croît dans les territoires de faible densité. Ces travaux contribuent à une meilleure compréhension des impacts potentiels des services de VA à la demande. Ils fournissent les premières recommandations sur la manière d'introduire les VA en fonction du contexte territorial afin de limiter les externalités indésirables et de réduire les coûts financiers potentiellement importants, en particulier en ce qui concerne l'infrastructure.
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Félix Carreyre. Are robotaxis worth it ? On-demand Autonomous Vehicle Mobility Services in heterogeneous Territories : A Cost Benefit Analysis. Economics and Finance. École des Ponts ParisTech, 2023. English. ⟨NNT : 2023ENPC0043⟩. ⟨tel-04579428⟩
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