comportement et enjeux environnementaux des poids lourds

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Submitted on 18 Nov 2016

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Comportement et enjeux environnementaux des poidslourds de livraison urbaine à motorisation hybride

électriqueJoël Lelong, Didier Pillot, Rochdi Trigui

To cite this version:Joël Lelong, Didier Pillot, Rochdi Trigui. Comportement et enjeux environnementaux des poids lourdsde livraison urbaine à motorisation hybride électrique. AIPCR - CYCLE PL 2012-2015 - 2e Journéetechnique ’Poids lourds et Îhicules utilitaires légers en agglomération’, Dec 2013, CHAMPS-SUR-MARNE, France. 21 p. �hal-01399216�

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CYCLE POIDS-LOURDS 2012-2015 : CONCEPTION-ENTRETIEN-EXPLOITATION DES INFRASTRUCTURES-EVOLUTION DES PL M.A. Pallas – R. Chatagnon – J. Lelong – JTAV 2012 – Autun -- 10-11 octobre 2012 4

Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Camion à moteur thermique (ICE)

Moteur diesel Boîte de vitesses : 6 rapports Pneus : Goodyear Marathon

Camion hybride

Groupe motopropulseur hybride parallèle Boîte de vitesses : 12 rapports Pneus : Michelin X Energy

Mode hybride Mode électrique Mode thermique (référence)

COMPORTEMENT ET ENJEUX ENVIRONNEMENTAUX DES POIDS LOURDS DE

LIVRAISON URBAINE A MOTORISATION HYBRIDE ELECTRIQUE

Joël Lelong1, Didier Pillot2 et Rochdi Trigui2

1 : IFSTTAR/Laboratoire d’AcousNque Environnementale 2 : IFSTTAR/Laboratoire Transports-‐Environnement

-‐




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



§  Contexte §  RéducNon de la consommaNon énergéNque §  RéducNon des émissions de polluants §  RéducNon des émissions sonores




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



Contexte 1. Bilan environnemental PL VMI/ICE

Ø  Energie

Ø  Polluants -‐ CO2/CO

Ø  Bruit •  CondiNons d’usage réel •  Echelle du véhicule •  Echelle des sources

VMI Véhicule à motorisaNon

convenNonnelle




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



Bilan environnemental 2. DescripNon des véhicules

M.A. Pallas – R. Chatagnon – J. Lelong – JTAV 2012 – Autun -- 10-11 octobre 2012 4



Charge 50 kg/kW



Camion hybride






Charge 50 kg/kW



Camion hybride



RéducNon de la consommaNon énergéNque 1. Chaîne de tracNon et emplacement des capteurs

Embrayage Moteur

thermique

Alternateur

Machine de traction Boite de

vitesse

Réseau 24V

Batterie 24V

Power electronic converter

Power

electronic converter

Batterie 600V

Pompe DA

avant

Pompe DA

arrière

Convertisseur DC/DC

600/24V

Capteur courant Lem HTR-100-SB

N°710069 : IpompeDA

Capteur courant Lem HTR-200-SB N°710004 : IbatHT

Capteur courant Idcdc

Capteur courant Lem Ialternateur

Capteur courant Lem HTR-100-

SB 79362 : Ibat24 Capteur tension

Lem CV3-1000 N°868049 :

UbatHT Capteur tension Ubat24




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



RéducNon de la consommaNon énergéNque 2. Cycle uNlisé et résultats instantanés

0 50 100 150 200 250-100

0

100

200

300

puis

sanc

e (k

W)

temps (s)

Répartition de la puissance

moteur thermiquemachine électrique

0 50 100 150 200 2500

50

100

Vite

sse

(km

/h)

0 50 100 150 200 2500

2

4

PTM

ode

Mode de fonctionnement

temps (s)

tout électrique hybride

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

20

40

60

80

100cycle CVL MD distribution

distance (km)

vite

sse

(km

/h)

Cycle de distribu.on type : Profil de vitesse en fonc.on de la distance

Enchaînement des modes électrique et hybride selon la vitesse et profils de puissance des deux moteurs (électrique et diesel)




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



RéducNon de la consommaNon énergéNque 3. Résultats globaux sur le cycle de distribuNon selon

la charge (T)

-40%

-30%

-20%

-10%

0%

10%

Ecar

t con

som

mat

ion

Hyb

ride

/ Th

erm

ique

8T

14T650

18T

* Faible influence de l’état de charge de la batterie (SOC) sur la consommation de carburant de par la faible énergie électrique utile (1,4 kWh) * Gain de consommation plus importante pour les faibles charges (8T)

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 2020

25

30

35

40

45

50

variation de SoC en %

cons

omm

atio

n en

L/1

00km

Tendance de consommation en fonction de la consommation batterie de traction

FE318000kgPDI20FE3114500kgPDI20FE3118000kgPDI20




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



RéducNon des polluants 1. Mesure des polluants à l’échappement,

hybride vs diesel pur

Ø  Emissions gazeuses en baisse avec la version hybride sur le circuit de distribuNon de 20 km typique de ce`e gamme (19 t de PTAC)

Ø  Grande incerNtude sur la mesure des parNcules

-‐ 24% -‐ 28%

-‐ 63%

-‐ 41%

+11%

-100%

-80%

-60%

-40%

-20%

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Ecarts H

ybrid

e / T

herm

ique

en configuration depoids total 14,6 t (charge moyenne)

HC COCO2 NOx

Particules

S

S

S

S = écart significatif

Capteurs de pression (Pitot), sondes de prélèvement des gaz et analyseur des particules (concentration massique)




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



RéducNon des polluants 2. Emissions de CO2 et CO suivant le poids total

Ø  Emissions de CO présentant une forte variabilité sur les 2 véhicules. Tendance à la baisse avec l’hybride

Ø  Emissions de CO2 mesurées non cohérentes avec celles déduites des consommaNons de gazole, sauf pour la charge moyenne




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



RéducNon des polluants 3. Emissions de NOx et HC suivant le poids total

Ø Emissions de NOx à vide (8 t) les plus fortes et non cohérentes avec les autres charges. RéducNon de 40% avec l’opNmisaNon hybride à 14,6 t.

Ø  Emissions de HC présentant une forte réducNon sur la version hybride, d’au moins 60%.




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



RéducNon des émissions sonores 2. Les moyens expérimentaux mis en oeuvre

Analyse 1/3 octave Niveaux globaux

Analyse 1/3 octave Niveaux globaux = Σ (1/3 octave)

Marie-Agnès PALLAS – Roger CHATAGNON – 23 mai 2013 – JTAV Blois – Page 6

Expérimentation

• Mesures de type CPB

Analyse 1/3-octave

Niveaux globaux

• Antenne microphonique

Analyse 1/3-octave

Niveaux globaux = � 1/3-octave

Microphone à 7.5m

Antenne

télémètre

Cellule IR

Microphones à 7.5mCellules IRMicrophones

à 7.5m

Marie-Agnès PALLAS – Roger CHATAGNON – 23 mai 2013 – JTAV Blois – Page 6

Expérimentation

• Mesures de type CPB

Analyse 1/3-octave

Niveaux globaux

• Antenne microphonique

Analyse 1/3-octave

Niveaux globaux = � 1/3-octave

Microphone à 7.5m

Antenne

télémètre

Cellule IR

Microphones à 7.5mCellules IRMicrophones

à 7.5m

Mesures de type CPB Antenne microphonique




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



RéducNon des émissions sonores 3. Niveaux de bruit à vitesse constante

Global dB(A) 20 km/h 30 km/h 50 km/h

Hybride / ICE -‐1.0 -‐2.7 -‐1.2

Electrique / ICE -‐8.4 -‐6.0 -‐1.6 M.A. Pallas – R. Chatagnon – J. Lelong – JTAV 2012 – Autun -- 10-11 octobre 2012 7

Niveaux de bruit globaux à 7.5m à vitesse constante

• Comparaison des camions (rapport adapté)

Global dB(A) 20 km/h 30 km/h 50 km/h

Hybride / ICE -1.0 -2.7 -1.2

Electrique / ICE -8.4 -6.0 -1.6

Mode thermique Mode hybride Mode électrique




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



RéducNon des émissions sonores 4. Niveaux de bruit à vitesse constante

§  Rapport de boîte adapté

Mode électrique – 1100 rpm

Hybride & conventionnel : niveaux globaux comparables

Motorisation conventionnelle – 1160 t/mn




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



RéducNon des émissions sonores 5. Principales sources de bruit à 20 km/h

§  ContribuNon des sources : rapport de boîte adapté

Similaire pour mode hybride et ICE (mais avec des différences de niveaux)

Camion ICE – 1160 t/mn

Camion hybride en mode électrique – 1160 t/mn


Principales sources de bruit à 20 km/h

• Contribution des sources : rapport adapté

Camion ICE – 1160 tr/min

[échelle de couleurs : niveau de pression global dB(A) au centre de l’antenne]

Camion hybride en mode électrique – 1100 tr/min

similaire pour mode hybride et ICE (mais avec des différences de niveaux)


Principales sources de bruit à 20 km/h

• Contribution des sources : rapport adapté

Camion ICE – 1160 tr/min

[échelle de couleurs : niveau de pression global dB(A) au centre de l’antenne]

Camion hybride en mode électrique – 1100 tr/min

similaire pour mode hybride et ICE (mais avec des différences de niveaux)




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



RéducNon des émissions sonores 6. DirecNvité verNcale à vitesse constante


Vitesse Comparaison des modes

Angle

10° 30° 60° 20 km/h Electrique / ICE -9.8 dB(A) -10.2 dB(A) -12.6 dB(A)

30 km/h Electrique / ICE -5.7 dB(A) -6.3 dB(A) -8.5 dB(A)

50 km/h Electrique / ICE -2.0 dB(A) -2.3 dB(A) -2.4 dB(A)

Rayonnement vertical à vitesse constante

Rapport adapté

LAmax

Mode hybride Mode électrique Camion thermique

Vitesse Comparaison des modes

Angle

10 ° 30° 60°

20 km/h Electrique/ICE -‐9.8 dB(A) -‐10.2 dB(A) -‐12.6 dB(A)






Charge 50 kg/kW



Camion hybride



RéducNon des émissions sonores 7. Camion en accéléraNon


Accélération : niveaux de pression max. à 7.5 m

• Valeurs dispersées sur 4 dB(A) à toutes les vitesses (indépendant du côté du camion mesuré)

• Régression polynomiale quadratique / linéaire

Mode électrique : le plus silencieux ⟹ jusqu’à -6.3 dB(A) ref. camion ICE Mode électrique : le plus silencieux à jusqu’à -‐6.3 dB(A) réf. Camion ICE




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



RéducNon des émissions sonores 8. Camion en accéléraNon – principales zones sources

§  ConfiguraNons ICE : Ø  AugmentaNon du bruit GMP Ø  AugmentaNon du bruit de

roulement des roues motrices

§  Mode électrique : Ø  AugmentaNon du bruit GMP Ø  AugmentaNon du bruit de



Acceleration : sources de bruit principales

• Configurations avec moteur thermique: – Augmentation du bruit GMP – Augmentation du bruit de


• Mode électrique:

– Augmentation du bruit de roulement des roues motrices

80

Camion ICE– 20 km/h

Mode électrique – 20 km/h

75 M.A. Pallas – R. Chatagnon – J. Lelong – JTAV 2012 – Autun -- 10-11 octobre 2012 13

Acceleration : sources de bruit principales

• Configurations avec moteur thermique: – Augmentation du bruit GMP – Augmentation du bruit de


• Mode électrique:

– Augmentation du bruit de roulement des roues motrices

80

Camion ICE– 20 km/h


75

Camion ICE – 20 km/h





Charge 50 kg/kW



Camion hybride



RéducNon des émissions sonores 9. Camion en freinage


Freinage : niveaux de bruit max.

• Independant du : i) mode de freinage

ii) côté du camion • Régression quadratique / linéaire

• 3 passages à 30 km/h :

Mode électrique : plus silencieux ⟹ jusqu’à -3.2 dB(A) ref. camion ICE

À 7.5 meters Rayonnement vertical

Mode électrique : le plus silencieux à jusqu’à -‐3.2 dB(A) réf. Camion ICE




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



RéducNon des émissions sonores 10. Quel impact à l’échelle du trafic ?

§  Trafic mixte : 90% VL + 10% PL

5% thermique + 5% électrique

20 km/h -‐1.4 dB(A)

30 km/h -‐1.1 dB(A)

Référence : 100% véhicules thermiques




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



Bilan environnemental Résumé

§  Energie : Ø  Etat de charge de la batterie (SOC) : faible influence sur la consommation de carburant (faible

énergie électrique utile) Ø  Gain de consommation plus importante pour les faibles charges (8T)

§  CO2/CO et polluants : Ø  Emissions gazeuses en baisse sur la version hybride Ø  Incertitude sur les particules Ø  CO2 : ? – CO : tendance à la baisse avecc la motorisation hybride Ø  Nox : Réduction de 40% avec l’optimisation hybride à 14,6 t. Ø  HC : forte réduction sur la version hybride

§  Bruit : Camion hybride en mode hybride ( réf. Camion ICE) : Ø  Légèrement moins bruyant à vitesse constante (bruit moteur plus faible) Ø  Plus bruyant en accélération (en partie dû au GMP, en partie dû au bruit de roulement des roues

motrices)

§  Bruit : Camion hybride en mode électrique (réf. Camion ICE) : Ø  Forte réduction du bruit à vitesse constante : -8 dB(A) à faible vitesse, décroît aux vitesses plus

élevées, disparaît à 50 km/h Ø  Réduction plus faible mais reste significative en phase d’accélération ou de freinage Ø  Réduction de bruit encore plus importante en direction des étages Ø  En mode électrique, le bruit est dominé par le bruit de roulement (nouvel enjeu)




Charge 50 kg/kW



Camion hybride



Merci de votre aènNon

joel.lelong@ifsàr.fr didier.pillot@ifsàr.fr rochdi.trigui@ifsàr.fr

comportement et enjeux environnementaux des poids lourds

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