Les analyses se caractérisent essentiellement par le niveau auquel elles sont conduites, par les méthodes et outils mis en oeuvre, par les paramètres considérés et finalement par les outils et critères de validation du cycle obtenu.
3.5.2.1 - Le niveau d'analyse
Différents niveaux sont envisagés, éventuellement simultanément : au niveau des signaux instantanés (vitesses et accélérations), par modes cinématiques du véhicule (accélération,
décélération, croisière, ralenti), par modes de fonctionnement du moteur (phases motrices ou résistantes, charge partielle ou pleine charge), par segments entre arrêts, ou encore par trajets.
La définition des modes s'appuie sur des critères très variés souvent arbitraires bien que cet aspect conditionne largement les analyses .
3.5.2.2 - Méthodes et outils d'analyse
Le problème étant de réduire un ensemble de données en un ou plusieurs cycles "représentatifs des zones et périodes", diverses méthodes sont envisagées:
- par génération aléatoire d'une courbe vitesse / temps, en s'appuyant sur une distribution traduisant la probabilité d'occurrence des 2 variables croisées vitesse - accélération. Cette méthode permet d'être globalement représentatif de l'ensemble des conditions rencontrées,
- il est plus fréquent de sélectionner des enregistrements pour lesquels des caractéristiques synthétiques correspondent à celles calculées sur l'ensemble des données enregistrées (éventuellement pondérées, par type de voie, zones, horaires). Cette approche peut être menée au niveau de segments, que l'on ajoute jusqu'à satisfaire des conditions correctes de représentativité.
Les outils mis en oeuvre incluent :
- des outils de comparaison statistiques,
- des outils de simulation aléatoire permettant de reproduire des distributions observées (distribution croisée des vitesses et accélérations, des successions de modes, etc.), - des outils de classification automatique permettant d'établir des typologies des conditions
de circulation,
- des moyens artisanaux (appréciation visuelle, sélection d'enregistrements pour lesquels des caractéristiques synthétiques correspondent à celles calculées sur l'ensemble des
données).
Les transitions entre modes sont réalisées par ajustement ou décalage des vitesses. On déplore des transformations arbitraires (limitations des accélérations, éliminations de données, de segments, etc.).
3.5.2.3 - Paramètres et moyens de validation
La durée, la vitesse moyenne, l'écart type de l'accélération, l'énergie cinétique positive, la durée au ralenti, le nombre d'arrêts par kilomètre sont le plus souvent considérés.
D'autres paramètres sont également considérés tels que la vitesse de roulage (hors arrêts), la valeur moyenne des accélérations, des décélérations, la durée moyenne des périodes de roulage, le nombre de changements accélération - décélération, les distributions relatives des vitesses, des accélérations, et les distributions croisées vitesses - accélérations.
Plus rarement on trouve la consommation de carburant, l'expression des énergies (motrices, de freinage, etc.), les émissions de polluants, les conditions de démarrage ou de fin du trajet.
[Kuhler, 1978] propose une hiérarchisation des paramètres à reproduire lors de l'élaboration d'un cycle : il est important de respecter la vitesse moyenne, puis les accélérations et décélérations moyennes, tandis que les autres paramètres peuvent autoriser de plus larges tolérances.
Les moyens de validation mis en oeuvre incluent la comparaison - entre le cycle et les données de base éventuellement corrigées ou pondérées ou d'autres statistiques -, des paramètres et distributions précédentes, ou utilisent la distance au centre de gravité d'un groupe, ou plus simplement l'aspect visuel. Plus rarement les cycles sont validés sur banc d'essai, par des mesures d'émissions. Les critères de validation et leur hiérarchisation semblent assez arbitraires.
3.5.3 - Le "produit" des analyses
Le produit des analyses, c'est d'abord le cycle développé (courbe vitesse en fonction du temps) mais aussi dans certains cas, d'autres conditions de test (thermiques, etc.).
Le cycle peut être un cycle par modes, un cycle unique ou un nombre restreint de cycles permettant une description détaillée des conditions de circulation et des usages. Ce peut être un cycle réglementaire ou un cycle "recherche" en vue de mesurer des facteurs représentatifs d'émissions. L'objectif initial du cycle conditionne largement sa genèse. Un cycle destiné à la réglementation est simple, reproductible et valable pour un large éventail de véhicules. Un cycle "représentatif" doit tenir compte des caractéristiques des véhicules, de la diversité des usages, des comportements de conduite et des conditions de circulation.
Certains travaux prennent en compte la définition des conditions de démarrage, les conditions thermiques, les stratégies de changements des rapports de boîte de vitesse. D'autres travaux s'appuient spécifiquement sur les émissions de polluants ou la consommation.
La plupart des travaux concluent à la non représentativité des cycles réglementaires (faiblesse des accélérations, niveaux de vitesse non réalistes) et des cycles synthétiques par modes (description insuffisante du fonctionnement transitoire).
3.6 - Conclusions
L'élaboration de cycles de conduite repose sur la constitution d'une base de données sur les conditions d'utilisation et de fonctionnement des véhicules. La plupart du temps, cette base concerne un champ d'investigation bien identifié (véhicules et zones concernés), résultant d'études ou de caractérisations préalables.
Une base large permet théoriquement de prétendre à une certaine représentativité et de couvrir la diversité des comportements de conduite et d'usage des véhicules. On se trouve alors confronté à la nécessité de réduction des données afin de décrire en quelques dizaines de minutes de test les conditions de fonctionnement des véhicules.
Des travaux précédents, nous retiendrons en particulier la nécessité de l'enregistrement en continu de la vitesse et de la prise en compte des variations transitoires, les avantages et limites des méthodes de recueil.
Des méthodes d'analyse mises en oeuvre, on notera les variables proposées (notamment celles liées à la densité de circulation, et les lois de distributions de ces variables qui conditionnent les analyses, les différents niveaux d'analyse envisagés (valeurs instantanées, intégration par segments, par modes de fonctionnement) et les critères de définition des modes ou segments (changement de densité de trafic par exemple).
Différents outils et niveaux de simulation ont été utilisés ou critiqués. On retiendra les précautions mentionnées par les auteurs, l'intérêt des outils de l'analyse des données pour la caractérisation des conditions de circulation et les solutions proposées pour réaliser des transitions entre segments.
Il convient de hiérarchiser les nombreux critères (ou méthodes) de validation envisagés. Les autres conditions de test - non décrites par le cycle de conduite - doivent être prises en compte : changements des rapports de boîte de vitesse et prise en compte des caractéristiques des véhicules, conditions de démarrage et de fin de trajet (identifiées comme aspect important des émissions de polluants).
Certains aspects méritent une réflexion approfondie, tels que la construction de cycles s'appuyant sur des données externes (notamment les émissions de polluants, avec le risque de concevoir un cycle fondé sur les problèmes d'aujourd'hui et non valable ultérieurement), la caractérisation de la conduite en fonction de la structure urbaine, l'opportunité d'harmoniser les méthodes et de définir un ou des cycles internationaux, et finalement l'objectif du cycle (contrôle ou mesure représentative) et l'utilisation des résultats de mesure.
Chapitre 4 Acquisition de données à bord de véhicules
-méthode et outils logiciels
4.1 - Introduction
On a souligné la nécessité d'information sur les conditions d'utilisation et de fonctionnement des véhicules, en particulier pour le développement de méthodes réalistes de mesure. Si les conditions d’utilisations peuvent être approchées au moyen de divers outils d’investigation (enquêtes, mesure du trafic, etc.), la construction de cycles d’essai nécessite de disposer de données détaillées de fonctionnement, en particulier les courbes de vitesse du véhicule en fonction du temps.
Afin de constituer une base de données des conditions réelles d'usages et de fonctionnement des voitures en France, plusieurs expérimentations ont été menées sur des échantillons de voitures privées, équipées d'un matériel d'acquisition de données (EUREV: étude expérimentale sur les usages réels des véhicules [André, 1987], [André, 1991 a et b]).
En nous appuyant sur ces travaux, nous définissons les principes méthodologiques pour la constitution d'une base de données en vue de la construction de cycles d’essai : observation en usages réels, véhicules instrumentés utilisés normalement par leur propriétaire, constitution d'un échantillon représentatif. On liste les paramètres à mesurer et les solutions techniques envisagées et on décrit le système d'acquisition de données. Les systèmes doivent satisfaire des contraintes sévères d'environnement.
Bien que ce cadre soit limité à la construction de cycles pour les voitures, on donne quelques éléments concernant les véhicules utilitaires.
Les expérimentations sur véhicules et les analyses ultérieures ont nécessité le développement de nombreux outils informatiques qui sont décrits succinctement : outils de terrain pour vérifier in situ le bon fonctionnement des systèmes, utilitaires pour valider les données enregistrées compte tenu de nombreux problèmes liés à l'instrumentation à bord de véhicules sans possibilité de contrôle du fonctionnement des matériels, outils de calcul et de gestion des analyses statistiques.