Afin des tester in situ de la bonne marche des systèmes d'acquisition et capteurs, des outils ont été développés sur ordinateur portable, en Turbo-Pascal, pour un décodage, une relecture, et une visualisation rapide d'un fichier de données enregistrées.
Ces outils ont été conçus pour tenir compte des différentes versions et évolutions des enregistreurs (gestion des paramétrages, décalages de zéro, divisions, et fréquences variables selon les voies). Un environnement multi-fenêtres et une conception modulaire objet permettent une gestion plus conviviale et plus souple des visualisations graphiques et une maintenance facilitée. Ces outils permettent par sélection de menus :
- la gestion des fichiers de données des enregistreurs selon leur version, et la vérification de leur structure et de la cohérence des informations,
- la gestion d'un fichier de coefficients et libellés associé à un campagne de mesures permettant l'interprétation des voies (conversion, échelles de représentation graphiques, légendes) ;
- l'identification rapide des trajets par scrutation sans lecture des blocs de mesures, selon la structure du fichier ;
- le positionnement sur l'un des trajets, la possibilité d'en décoder les octets, de lister les variables enregistrées (à l'écran ou vers un fichier), ou de les visualiser graphiquement à l'écran.
4.4 - Conclusions
L'instrumentation de véhicules en vue de la constitution d'une base d'information sur les usages et conditions de fonctionnement repose sur 2 principes :
- l'observation en situation réelle : des véhicules privés sont équipés d'un système d’acquisition de données et suivi en utilisation habituelle par leur conducteur sur une période d'un mois,
- la constitution d'un échantillon de véhicules : par sélection de zones géographiques, de modèles de véhicules et des propriétaires de ces véhicules de manière à assurer une certaine représentativité.
Le nombre de véhicules expérimentés étant limité par le coût, on cherche à obtenir une représentation de l'usage des véhicules, sans prétendre décrire l'influence des catégories de véhicules, des zones géographiques ou des conducteurs.
L'observation en usage réel impose l'automatisme du matériel en raison de l'impossibilité du contrôle de son fonctionnement et l'impossibilité de bénéficier d'informations complémentaires sur les conditions de conduite. Les équipements doivent satisfaire à des contraintes sévères d'environnement à bord des véhicules. Les principaux paramètres d'utilisation du véhicule et de fonctionnement du moteur sont mesurés en continu.
La sélection des véhicules passe par l'identification de zones géographiques d'expérimentation, des modèles de véhicules les plus présents dans le parc automobile. Un tirage aléatoire d'adresses de propriétaires de ces véhicules à partir du fichier national des immatriculations et un questionnaire préalable permettent de constituer un échantillon assurant la diversité des conducteurs.
Les expérimentations et les analyses ultérieures ont nécessité le développement d'outils informatiques pour vérifier in situ le bon fonctionnement des systèmes, pour valider, corriger et interpréter les données enregistrées, et pour gérer des analyses spécifiques à la construction de cycles de conduite. Ces outils permettent de gérer les nombreux problèmes liés à l'instrumentation à bord de véhicules, dans un environnement sévère et en l'absence de contrôle du fonctionnement des matériels, et avec des volumes considérables de données enregistrées (quelques heures de fonctionnement par jour et par véhicule).
Chapitre 5 - Méthode d'analyse et de construction de cycles
de conduite
5.1 - Introduction
On dispose d'une base d'information sur les conditions d'utilisation et de fonctionnement d'un échantillon de véhicules. Cette base est constituée par l'enregistrement en continu des paramètres de fonctionnement et en particulier la vitesse du véhicule, au cours de trajets effectués en usage normal par les conducteurs. La base d'information a été constituée pour permettre une représentation globale des conditions d'utilisation, par la sélection de modèles de véhicules représentatifs du parc automobile, de zones géographiques et de conducteurs diversifiés.
A partir de cette base, on souhaite construire un ou des cycles d'essai, - courbes de vitesse du véhicule en fonction du temps - garantissant une certaine représentativité par rapport à la réalité. La construction de cycles d'essai est une réduction ou modélisation de ces données. Nous avons choisi d'articuler cette modélisation selon deux aspects : d'une part la modélisation des conditions de circulation et d'autre part la modélisation des trajets effectués ou plus largement des usages des véhicules. La construction de cycles d'essai est envisagée selon quatre phases (cf. figure 5.1) :
1 - L'observation des conditions de circulation au travers de l'enregistrement chronologique
de la vitesse des véhicules au cours de trajets, dont les principes méthodologiques ont été discutés au chapitre 4.
2 - La modélisation des conditions de circulation : on souhaite construire des cycles de
Modélisation des conditions de circulation
(au travers des vitesses enregistrées)
Modélisation des trajets (et autres aspects
liés aux usages) Base d’information sur les
usages et conditions de fonctionnement des véhicules
Construction de cycles d’essai
conduite représentatifs des conditions de circulation. Les vitesses enregistrées à bord des véhicules constituent une mesure de ces conditions. Il ne s'agit pas de décrire les conditions de circulation "en moyenne" mais dans leur diversité. Les conditions de circulation varient selon divers éléments extérieurs (infrastructure, zone urbaine ou rurale, densité du trafic). Il s'agit de décrire les conditions à un niveau suffisamment microscopique ou "local" pour tenir compte de ce fait. En raison de cette hétérogénéité au cours des trajets, on envisage une décomposition des profils de vitesse en éléments cinématiques plus courts que le trajet, correspondant à des conditions de circulation locales.
On considère donc une "tranche" de déplacement d'un véhicule, décrite par sa vitesse, comme une mesure des conditions de circulation locales (d'un lieu). L'arrêt éventuel fait partie de cette description.
Au delà du choix de ce niveau d'analyse, il s'agit de sélectionner des paramètres cinématiques "pertinents" décrivant ces éléments, c'est à dire liés aux conditions de circulation. On conduit une réflexion sur les variables cinématiques utilisées antérieurement, leur nature et leur pertinence, sur le niveau d'analyse et sur les outils d'Analyse des Données appropriés en vue d'une caractérisation des conditions de circulation.
On évalue ensuite différents schémas : "variables - niveau d'analyse - outils", quant aux résultats de l'analyse typologique des conditions de circulation à partir d'un échantillon de données. On considère d'abord un schéma fondé sur les séquences cinématiques entre arrêts décrites par différentes variables et utilisant l'Analyse en Composantes Principales [Crauser, 1989].
Les insuffisances de ce schéma nous conduisent à sélectionner des variables décrivant spécifiquement la cinématique (à l'exclusion des variables décrivant la taille des séquences). On propose finalement une analyse de segments plus homogènes en taille que les séquences entre arrêts, et décrits par la distribution croisée des vitesses et accélérations instantanées. On utilise l'Analyse des Correspondances Binaires suivie de classification automatique.
3 - La modélisation des trajets : afin de construire des cycles représentatifs des usages des
véhicules, on souhaite également décrire et caractériser les trajets. Cette caractérisation est envisagée selon une démarche similaire à celle développée pour l'analyse des conditions de circulation. Elle peut être généralisée à une notion plus large d'usage des véhicules (description des journées d'utilisation). Plusieurs approches sont envisagées s'appuyant sur la structure ou composition des trajets selon les différents types de conditions de circulation rencontrées.
4 - La construction de cycles d'essai : elle repose sur les caractérisations précédentes, c'est à
dire sur les typologies des conditions cinématiques et des trajets, ainsi que sur d'autres critères tels que la durée d'un test, le nombre de cycles à définir, etc. La construction de cycles est envisagée selon deux schémas : on construit un cycle par juxtaposition de segments cinématiques jusqu'à reconstitution d'un trajet satisfaisant des critères de représentativité. Cette solution impose la
réalisation de transitions entre les segments. L'autre solution consiste en la sélection de trajets minimisant simultanément les critères de représentativité des segments et des trajets.
Des conditions de test autres que la vitesse doivent également être considérées : les conditions de démarrage, les rapports de boîte de vitesse à utiliser sur un véhicule pour reproduire le cycle de conduite lors des tests. Plus généralement, on doit s'interroger sur la prise en compte des capacités des véhicules (puissance, etc.) dans la construction des cycles.
On décrit d'abord dans ce chapitre les principes et hypothèses sous-tendus par cette démarche : observation en usage réel, vitesse d'un véhicule en tant qu'indicateur des conditions de circulation, hétérogénéité des conditions de trafic, etc. On discute ensuite de l'utilisation des cycles d'essai, des résultats de mesure des émissions de polluants sur ces cycles et de validation de la méthode.
On décrit ensuite les étapes de développements méthodologiques qui ont permis de concrétiser les approches de modélisation des conditions de circulation, de modélisation des trajets et de construction de cycles (illustrées en figure 5.2) :
• Observation des conditions de fonctionnement (chapitre 4)
• enregistrement de la vitesse en fonction du temps au cours de trajets en utilisation normale des véhicules
• Modélisation des conditions de circulation (développements méthodologiques en chapitre 5.3)
• sélection de descripteurs pertinents des conditions de circulation
• choix d'un niveau d'analyse (segments cinématiques)
• méthode d'analyse
• typologie des conditions de circulation • Modélisation des trajets
(ou des usages)
(développements méthodologiques en chapitre 5.4)
• choix d'un niveau d'intégration des conditions de circulation (trajet, journée, etc.)
• sélection de descripteurs pertinents • méthode d'analyse
• typologie des trajets ou usages • Construction de cycles
(développements méthodologiques en chapitre 5.5)
• sélection croisée de segments et trajets • autres critères de constructions (durée de
test, nombre de cycles)
• autres aspects (conditions de démarrage, performances des véhicules)
Figure 5.2 : Schéma simplifié de la méthode d'analyse des conditions de circulation et de construction des cycles