1.5.1 Introduction
Pour obtenir l’autorisation de commercialisation, les constructeurs automobiles se doivent d’assurer l’homologation de leurs véhicules dans le respect d’un certain nombre de règlements tels que le R1013 en regard de la consommation en carbu-rant ou en électricité. Si ce règlement avait initialement été établi pour les véhicules thermiques et les véhicules purement électriques, il a fait récemment l’objet d’amen-dements pour intégrer le processus à suivre pour les véhicules hybride et hybride plug-in. Par ailleurs, un groupe de travail Européen, au travers du projet FUEVA (European Fuel Cell Vehicles Technologies Validation), l’a adapté en prévision de la commercialisation de véhicules à pile à combustible alimentés en hydrogène direct ou par reformage embarqué.
Une étude réalisée par ICCT (International Council on Clean Transport) a montré qu’il y avait un écart croissant d’année en année entre les résultats de consommation ou d’émissions de CO2 issus du processus actuel d’homologation et les consomma-tions relevées par les usagers. Les courbes présentées Figure 1.5.1 [13], issues de cette étude, et basées sur un retour d’expériences de plus de 28 000 utilisateurs et plus de 1200 modèles de véhicules en attestent.
Cet écart de consommation s’explique en partie par :
— une non représentativité du cycle NEDC par rapport à l’usage réel client ; — un tel enjeu commercial que les constructeurs automobiles optimisent les
véhi-cules par rapport à la procédure R101 pour offrir le meilleur résultat et afficher une consommation minimum ;
— l’augmentation du nombre de véhicules intégrant une climatisation dont l’usage quasi systématique par les utilisateurs n’est pas intégré dans la procédure actuelle.
Fin 2007, un groupe de travail a été initialisé au sein des nations unies (WP29/GRPE) pour harmoniser au niveau mondial le cycle et la procédure d’essai pour l’homolo-gation des émissions des véhicules. Cette nouvelle procédure intitulée “World Har-monized Light-duty vehicle Test Procedure“ (WLTP) devrait s’appliquer en Europe en substitution au règlement R101 à l’horizon 2020.
3. Intitulé du règlement R101 : « Uniform provisions concerning the approval of passenger cars equipped with an internal combustion engine with regard to the measurement of the emission of carbon dioxide and fuel consumption and of categories M1 and N1 vehicles equipped with an electric power train with regard to the measurement of electric energy consumption and range»
1.5 Homologation des automobiles
Figure 1.5.1 – Comparaison des émissions CO2 mesurées selon le réglement R101 (base 100%) et constatées sur la base d’autres types de profils d’usage véhicule :ADAC Eco test (NEDC Hot) incluant les effets de la climatisation habitacle, ADAC eco test (NEDC froid) sans la climatisation et base de données allemandes des consommations « Spritmonitor ». Source ICCT .
1.5.2 Règlement R101
Ce paragraphe décrit succinctement la méthode de mesure de la consommation en carburant et en énergie électrique. Pour plus de détails le lecteur se référera directement au texte du règlement R101 [14]. Ce présent règlement s’applique aux véhicules des catégories M1 et N1 [15] mus par un moteur à combustion interne ou par une chaîne de traction hybride électrique pour la mesure :
— des émissions de dioxyde de carbone (CO2) , — de la consommation en carburant fossile, — de la consommation en énergie électrique, — de l’autonomie en mode électrique.
La méthode de mesure réglementaire de la consommation du véhicule dépend du type de chaîne de traction (thermique, électrique, hybride et hybride rechargeable). Les mesures sont réalisées sur la base d’un cycle d’environ 11 km appelé New European Driving Cycle (NEDC), aussi appelé le Motor Vehicle Emissions Group (MVEG) qui se décompose en deux parties :
— un cycle urbain constitué de l’enchaînement de 4 cycles urbains élémentaires et identiques (4 x ECE)
0 200 400 600 800 1000 1200 0 50 100 150 Temps [s]
Figure 1.5.2 – Séquence d’essai pour la mesure des émissions (cycle NEDC) du règlement R101
La mesure des émissions CO2 est effectuée, tout au long du cycle, à l’échappement du véhicule en utilisant une chaîne d’instrumentation adaptée. La consommation en carburant est calculée à partir d’un bilan carbone fondé sur les émissions à l’échap-pement de CO2 et des autres émissions associées au carbone (CO et HC).
Dans le cas des véhicules hybrides sans possibilité de recharge batterie sur le secteur, le carburant fossile est la seule source d’énergie extérieure au véhicule. De ce fait, la consommation homologuée doit tenir compte de la consommation électrique sur la batterie en convertissant cette dernière en équivalent d’énergie de carburant fossile. La consommation homologuée est donc présentée avec une variation de charge batterie nulle (M Ebatt = 0) entre le début et la fin du cycle. En conséquence, en parallèle à la mesure de consommation de carburant fossile, la variation de la charge
Q[Ah] de la batterie doit être mesurée durant le cycle comme illustré par la Figure 1.5.3 :
Figure 1.5.3 – Description de la méthode de détermination de la consommation d’un véhicule hybride (non rechargeable sur le secteur)
La consommation en carburant fossile C0 à bilan de charge batterie nul est déter-minée par la relation 1.5.1 :
1.5 Homologation des automobiles
C0 = C − Kf uelQ, (1.5.1)
avec :
C : Consommation en carburant fossile déterminée durant le cycle et exprimée en l/100km
Q : Variation de la charge de la batterie durant le test exprimée en Ah
Kf uel : Coefficient de correction de la consommation en carburant fossile, permet-tant de compenser la variation de l’état de charge de la batterie. Ce coefficient établi par le constructeur automobile est déterminé à partir de différentes acquisitions ef-fectuées sur des cycles ayant engendrés la charge ou la décharge de la batterie (au moins un essai avec Q > 0 et Q < 0). Il correspond au coefficient directeur de la droite de régression, il est égal à 1.5.2 :
Kf uel = Covariance(Q, C)
V ariance(Q) . (1.5.2) A titre indicatif, dans le cas des véhicules hybrides rechargeables sur le secteur (Plug-in), le véhicule utilise 2 sources d’énergies externes (Electricité du secteur et carburant fossile), en conséquence 2 consommations sont mesurées et homologuées : l’une correspond à la consommation en carburant fossile et l’autre à la consommation électrique sur le secteur.
Sur un même cycle normalisé, la répartition de la consommation énergétique dé-pendra de l’état de charge (SOC) de la batterie au début de l’essai. Aussi la procédure règlementaire consiste à dérouler 2 fois le cycle NEDC, effectués respectivement avec un SOC initial minimal et un SOC initial maximal, dont les seuils sont fixés arbi-trairement par les constructeurs automobiles. La consommation homologuée issue de ces mesures correspond à une pondération de la consommation sur la base des 2 résultats de mesures de consommation en énergies électriques et en énergies fossiles.
1.5.3 Règlement WLTP
L’établissement du règlement WLTP fait l’objet de concertations entre les diffé-rents constructeurs automobiles et les instances Européennes. Si la procédure n’est pas encore finalisée, le cycle WLTC, construit à partir d’une base de données repré-sentative des usages automobiles au niveau international, est quasiment adopté. Il a été adapté en fonction de la puissance du véhicule et de sa masse à vide selon 3 catégories, afin de tenir compte des fortes différences de performances dynamiques longitudinales entre ces différentes classes de véhicule :
— Classe 1 : Puissance massique 622 W/kg
— Classe 2 : Puissance massique > 22 W/kg et 634 W/kg — Classe 3 : Puissance massique > 34 W/kg
Seul le cycle d’homologation de la classe 3 nous intéresse dans cette étude ciblée sur les véhicules du marché de PSA Peugeot Citroën. Les classes 1 et 2 ont été prévues pour l’homologation de petits véhicules faiblement motorisés. Le cycle de la classe 3 actuellement dans sa version 5.0 se décompose en 4 parties appelées « Basse
vitesse », « Moyenne vitesse », «Haute vitesse » et « Très haute vitesse », dont les caractéristiques sont précisées en annexe B.
La courbe Figure 1.5.4 présente le cycle WLTC tel qu’il est actuellement défini, mais susceptible d’évoluer d’ici sa ratification. Il sera utilisé pour les calculs de consommation et d’émissions en comparaison du cycle MVEG.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 0 50 100 150 Temps [s]
Figure 1.5.4 – Cycle WLTC classe 3 version 5
Comme pour le règlement R101, il semblerait que le facteur climatisation, forte-ment impactant sur la consommation véhicule, ne soit pas intégré mais ferait l’objet d’une homologation spécifique. Le client verrait donc apparaitre des informations de consommation véhicule exprimées en l/100km et en Wh/km pour les véhicules Plug-in, complété par une consommation dédiée au confort habitacle.
1.5.4 Autres cycles
Il existe d’autres cycles utilisés pour l’homologation dans différents pays hors de la Commission Européenne, tels que les cycles normalisés américains FTP, UDDS ou Japonais 10-15 modes.
Par ailleurs, d’autres cycles qui n’ont pas de caractères d’homologation mais plus représentatifs des usages clients ont été créés à partir de données statistiques re-cueillies sur véhicule en usage réel, tels que les cycles INRETS4 (UL1, UL2, UF1, UF2, UF3, R1, R2, R3, A1, A2) qui décrivent différentes situation d’usage des vé-hicules, urbain lent, urbain fluide, route et autoroute [16] (voir annexe B). Plus récemment, les cycles Hyzem puis ARTEMIS, composés d’un cycle urbain, d’un cycle route et d’un cycle autoroutier, ont été proposés[17]. Mais présentant une dis-crétisation plus faible des usages, ils n’ont pas été pris en compte dans cette étude seuls les cycles INRETS sont pris en considération.
4. INRETS : Institut National de Recherche sur les Transports et leur Sécurité a fusionné le 1er
Janvier 2011 avec le LCPC (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées) pour former l’IFSTTAR (Institut Français des Sciences et Technologies de Transports, de l’aménagement et des Réseaux)