Réservé aux membres et partenaires de FPInnovations – Feric Vol. 10 N°6 Juillet 2008
Introduction
Étant donné le fort taux de roulement de personnel chez les chauffeurs de camion, les entreprises de camionnage se tournent vers les transmissions automatiques1 et automati- sées2 comme moyen d’intéresser de nouveaux candidats. La part du marché des véhicules lourds équipés de transmissions automa- tiques a augmenté depuis moins de 5 % en 1996 jusqu’à 18 % en 2001 (Kilcarr, 2002).
Pour les transmissions automatisées, Arvin Meritor a estimé la part totale du marché à 10 % et Eaton Corporation à 14 % (Gelinas, 2007). Cependant, plusieurs experts croient que pour les véhicules de classe 8 impliqués dans le transport longue distance, la part du marché pour les transmissions automatiques et automatisées sera finalement limitée à un
maximum de 30 %. Ceci principalement à cause des coûts additionnels impliqués, lesquels varient entre 4 000 et 10 000 $ (Kilcarr, 2006). Au Canada, le Québec a le plus grand nombre d’utilisateurs de cette technologie (RNCan, 2001 et information mise à jour fournie par Allison Transmission).
Cette étude visait à évaluer l’influence de transmissions automatiques sur la consom- mation de carburant en les comparant à des transmissions manuelles standard. Deux méthodes ont été utilisées : un essai de consommation de carburant sur longue distance et une observation opérationnelle à long terme. L’observation opérationnelle à long terme a été réalisée avec trois groupes différents de véhicules de classe 8, observés durant des opérations normales. Chaque
Évaluation du rendement de véhicules lourds équipés de transmissions
automatiques en transport forestier
Résumé
La présente étude fait suite au travail effectué par FPInnovations, division Feric (Carme, 2005) et vise à fournir davantage d’information au secteur du transport forestier relativement à l’influence des transmissions automatiques sur la performance opération- nelle des camions de classe 8. Les résultats de cette étude indiquent que les transmissions automatiques peuvent minimiser l’influence de la technique de changement de vitesse du chauffeur sur la consommation de carburant.
Mots clés :
Transmission automatique, Transport de copeaux, Transport de billes, Essai de consom- mation de carburant sur longue distance, Observation opérationnelle à long terme.
Auteur
Marius-Dorin Surcel Région de l’Est
Contenu
Introduction ... 1
Méthodologie ... 2
Résultats ... 3
Discussions... 5
Conclusions ... 6
Mise en application ... 6
Remerciements ... 6
Références ... 6
Une transmission offrant un éventail de rapports de multiplication de couple ou un rapport variable de façon continue, avec sélection automatique de vitesse, et fournissant un couple ininterrompu durant le changement de vitesse.
Une transmission à prise constante avec sélection de rapport faite automatiquement. Ce type de transmis- 1.
2.
NON
Vol. 10 N° 6 Juillet 2008
Avantage
groupe comprenait un véhicule à transmission manuelle et un à transmission automatique.
Deux groupes participaient à des opérations de transport de billes sur routes revêtues et non revêtues au Québec, le premier dans la région d’Abitibi-Témiscamingue et le second dans celle du Saguenay-Lac-St-Jean.
Le troisième groupe, basé dans la région de la ville de Québec, était impliqué dans le transport de copeaux sur routes revêtues.
Méthodologie
Essai de consommation de carburant sur longue distance
L’objectif de l’essai sur longue distance était d’évaluer l’influence de la transmission sur la performance du conducteur durant la période de travail, en comparant un véhicule à transmission automatique avec un autre à transmission manuelle. Il a été mené confor- mément à la procédure SAE J1321 (SAE International, 1986). Dans le cadre de ces essais, chaque camion était équipé d’un réservoir de carburant temporaire afin de mesurer le carburant utilisé en pesant le réservoir avant et après l’essai. La période de travail a été divisée en deux étapes consécutives. Pour chaque étape, les camions circulaient à plusieurs reprises sur la route d’essai jusqu’à ce qu’il soit établi statisti- quement que les résultats étaient répétitifs.
Le résultat représentatif pour l’étape est le rapport moyen entre la masse de carburant consommée par le camion d’essai et celle consommée par le camion témoin (rapport E/T). Les résultats de l’essai complet consis- taient en la différence en pourcentage entre les rapports moyens correspondant aux deux étapes.
La route d’essai avait 66,4 km de longueur et comportait un feu de circulation et deux signaux d’arrêt. La pente variait de – 20 % à + 20 %, et l’élévation de 198 à 269 m.
Ces caractéristiques étaient représentatives d’opérations réelles.
Observation opérationnelle à long terme
L’observation opérationnelle à long terme avait pour but de mesurer l’influence de la transmission sur la consommation de carburant dans des conditions réelles d’opéra- tion. À cette fin, on comparait les rendements des véhicules d’essai équipés de transmis- sions automatiques avec ceux des véhicules témoins équipés de transmissions manuelles.
Les véhicules avaient des ordinateurs de bord qui recueillaient et emmagasinaient les données provenant du module de commande électronique (MCE). Le calibrage du module était vérifié périodiquement.
Le tableau 1 présente les caractéristiques techniques des véhicules utilisés dans l’étude.
Tableau 1. Caractéristiques techniques des véhicules
Groupe Transport Véhicule Marque Année Moteur Transmission Remorque
1 Billes
Essai Freightliner LLC 2005 DD 60 Automatique Allison HD 4560 Manac Forestier Témoin Freightliner LLC 2005 CAT C15 Manuelle Fuller 18 vitesses Manac Forestier
2 Billes
Essai Western Star 2004 DD 60 Automatique Allison HD 4560 Manac Forestier Témoin Freightliner LLC 2006 DD 60 Manuelle Fuller 18 vitesses Manac Forestier
3 Copeaux
Essai Western Star 2006 CAT C15 Automatique Allison HD 4560 Fericar Témoin Peterbilt 387 2006 CAT C15 Manuelle Fuller 18 vitesses Fericar
Résultats
Résultats de l’essai sur longue distance
Le tableau 2 présente les résultats de l’essai sur longue distance réalisé avec les véhicules du premier groupe.
Entre les deux étapes de la période de travail, il y a eu dégradation dans la perfor- mance du conducteur avec le camion à transmission manuelle, à cause de la fatigue accrue, ce qui a entraîné une détérioration de 2,9 % en rendement du carburant.
Résultats de l’observation opérationnelle à long terme
Les résultats des observations opération- nelles consistent en la différence en pourcen- tage entre la consommation de carburant des véhicules d’essai et celle des véhicules témoins. Le tableau 3 présente les données de consommation de carburant pour les trois groupes de véhicules. Il n’y avait pas de différence significative dans la consom- mation de carburant entre la performance des véhicules à transmission automatique et à transmission manuelle.
Tableau 2. Résultats des essais sur longue distance
Véhicule d’essai Véhicule témoin
Transmission Automatique Manuelle
Consommation moyenne de carburant (première étape) (kg) 31,41 31,35 Consommation moyenne de carburant (deuxième étape) (kg) 31,28 32,16
Différence de consommation entre les deux étapes (%) -0,41 2,58
Rapport moyen E/T (première étape) 1,002
Rapport moyen E/T (deuxième étape) 0,973
Différence dans la consommation de carburant (%) 2,93
Durée moyenne de l’essai (min) 49:56 50:50
Tableau 3. Observation opérationnelle à long terme : comparaison de la consommation de carburant
Groupe 1 2 3
Type de transport Billes Billes Copeaux
Période d’observation (mois) 16 6 8
Consommation moyenne de carburant (L/100 km) - Manuelle 80,21 79,33 55,50
- Automatique 80,55 79,86 55,40
Différence (%) -0,42 -0,66 0,19
Vol. 10 N° 6 Juillet 2008
Avantage
La figure 1 présente la comparaison des vitesses de moteur (r/min) et le tableau 4 la comparaison des erreurs de conduite pour le premier groupe de véhicules. On peut observer que le moteur du véhicule à transmission automatique a passé moins de temps en dehors de la bande verte (gamme de vitesse du moteur pour un rendement optimal du carburant : 1200 à 1600 r/min).
Il présentait également beaucoup moins de
freinages brusques (décélération supérieure à 5 km/h/s) et d’accélérations brusques (accélération plus rapide que 3 km/h/s). Le ralenti excessif (ralenti quand la température du moteur est supérieure à 30 °C et que la prise de force n’est pas engagée) et la vitesse excessive du moteur (supérieure à 1800 r/min avec la température du moteur plus élevée que 30 °C) étaient sensiblement égaux.
0 5 10 15 20
800 - 1000 1000 - 1200 1200 - 1400 1400 - 1600 1600 - 1800 1800 - 2000 2000 et plus
Vitesse du moteur (r/min)
Temps d’opération du moteur (%) Transmission manuelle Transmission automatique
Tableau 4. Comparaison des erreurs de conduite pour le premier groupe de véhicules (pourcentage du temps total du moteur)
Véhicule d’essai Véhicule témoin
Transmission Automatique Manuelle
Fonctionnement à vitesse excessive 13,37 11,72
Freinage brusque 0,05 2,23
Accélération brusque 0,23 4,18
Ralenti excessif 20,40 19,73
En dehors de la bande verte 41,51 47,89
Figure 1. Comparaison des vitesses de moteur (r/min) pour le premier groupe de véhicules.
FPInnovations – Feric
Région Est 580, boul. St-Jean Pointe-Claire, QC, H9R 3J9
(514) 694–1140
(514) 694–4351
Région Ouest 2601 East Mall Vancouver, BC, V6T 1Z4
(604) 228–1555
(604) 228–0999
Mise en garde
Ce rapport est publié uniquement à titre d’information à l’intention des membres de FPInnovations, division Feric. Il ne doit pas être considéré comme une approbation par FPInnovations d’un produit ou d’un service à l’exclusion d’autres qui pourraient être adéquats.
Discussions
Essai de consommation de carburant sur longue distance
Les résultats de l’essai sur longue distance indiquent que le conducteur du camion à transmission automatique avait un comportement de conduite presque inchangé, comme le montre sa performance constante en consommation de carburant, laquelle est pratiquement identique pour les deux étapes de la période de travail (une amélioration non significative de 0,4 %, voir tableau 2).
Le conducteur du camion à transmission manuelle montrait une dégradation de sa performance de conduite dans la seconde étape de la période de travail (c.-à-d. les trois derniers parcours). Entre les deux étapes, il y avait une augmentation de 2,6 % en consom- mation de carburant, laquelle se traduit par une augmentation totale de 2,9 % si on la compare à la performance de conduite du camion à transmission automatique pendant la période de travail. Considérant que les deux camions avaient pratiquement la même consommation de carburant lors de la première étape (voir tableau 2), les différences dans l’étape finale s’expliquent par la fatigue accrue du conducteur du camion à transmission manuelle.
Quant au temps requis pour effectuer les parcours d’essai, le camion à transmission manuelle était en moyenne légèrement moins d’une minute plus lent que celui à transmis- sion automatique.
Observation opérationnelle à long terme
Les résultats des observations opération- nelles ne montrent aucune différence signifi- cative en consommation de carburant par l’utilisation de transmissions automatiques ou manuelles. Les légères différences qui apparaissent au tableau 3 sont bien en deçà de l’erreur à laquelle on peut s’attendre dans un essai opérationnel à long terme.
Le tableau 4 indique que la transmission automatique comportait beaucoup moins de freinages et d’accélérations brusques et passait moins de temps en dehors de la bande verte (gamme de r/min pour un rendement optimal du carburant). La comparaison du profil des r/min présentée à la figure 1 montre également que, bien que le véhicule à transmission automatique fonctionnait davantage à vitesse excessive que celui à transmission manuelle, le moteur du véhicule équipé de la transmission automatique travaillait plus longtemps dans la bande verte.
Il faut noter que les deux camions avaient le même rapport du train arrière (5,38).
C’est un résultat cohérent avec l’avan- tage clé d’une transmission automatique : elle n’a pas à interrompre la courbe de puissance pour effectuer des changements de vitesse, ce qui assure une plus grande productivité au véhicule. La puissance doit
« chuter » quand une transmission manuelle ou automatisée change de vitesse, mais avec une transmission automatique, le transfert de puissance est maintenu. Ceci est très avantageux, particulièrement pour la traction dans des applications combinant routes revêtues et non revêtues, ainsi que pour le fonctionnement régulier de tous les types de camions dans une circulation marche-arrêt (Cullen, 2007).
Selon une étude de Feric, une possibilité pour optimiser encore davantage l’utilisation des moteurs consisterait à intégrer un système de réponse adaptative à la transmission.
Un contrôle électronique programme la transmission automatique pour la convertir à un régime économique de changement de vitesse quand le camion est vide, et à un mode performant quand il est chargé. L’essai de Feric utilisant les données de carburant de flottes en service, fournies par des ordinateurs de bord et confirmées par les registres des compagnies sur le carburant, indiquait que le camion à transmission automatique ainsi programmé avait une amélioration globale de 4,6 % de sa consommation comparativement au camion à transmission manuelle (Surcel et al., 2007).
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This publication is also available in English.
© Copyright FPInnovations 2008.
Imprimé au Canada sur du papier recyclé fabriqué par une compagnie membre de FPInnovations.
Poste-Publications #40008395 ISSN 1493-3713
Conclusions
Les résultats des essais sur longue distance montrent que, pour ce qui concerne le rendement du carburant, les transmis- sions automatiques peuvent éliminer comme facteur l’aptitude du conducteur au change- ment de vitesse et réduire l’impact de la fatigue du conducteur. Les résultats des observations opérationnelles indiquent qu’il n’y avait pas de différence significative en consommation de carburant entre le véhicule à transmission automatique et celui à transmission manuelle.
Les transmissions automatiques et automatisées réduisent la fatigue du conduc- teur et lui permettent de se concentrer sur l’opération sécuritaire du véhicule, particu- lièrement dans des conditions routières difficiles.
D’autres évaluations à long terme ainsi que d’autres essais de consommation de carburant sont requis pour confirmer statis- tiquement ces résultats. Bien qu’aucune condition anormale n’ait été enregistrée, d’autres aspects devront être évalués, comme l’impact sur l’usure des pneus et des freins ainsi que sur l’entretien du véhicule.
Mise en application
Coopérer avec les fabricants de transmis- sions automatiques pour développer des approches créatrices dans le marché du transport forestier.
Apporter un soutien aux entreprises de camionnage forestier et aux propriétaires pour choisir les spécifications techniques des camions.
Fournir un soutien en formation aux conducteurs de camions forestiers sur la façon d’opérer des véhicules à transmis- sion automatique.
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Remerciements
Ce programme de recherche a été partiel- lement financé par le programme Écoflotte de Ressources naturelles Canada.
L’auteur désire remercier les représentants locaux d’Allison Transmission et de Detroit- Diesel-Allison Canada Est (1995) pour leur soutien pendant les essais, ainsi que les opérateurs qui ont participé au projet, particulièrement Jolatem Transport et Transport Matte.
Références
Carme, R. 2005. Évaluation du rendement de la transmission automatique d’Allison Transmis- sion en contexte forestier. Institut canadien de recherches en génie forestier (FERIC), Montréal, Canada. Rapport Avantage, Vol. 6, No 14.
Cullen, D. 2007. The Automatic Answer. Fleet Owner, November 1.
Gelinas, T. 2007. Shifting Demands. Fleet Equip- ment, September.
Kilcarr, S. 2002. Transmission Trends. Fleet Owner, June 1.
Kilcarr, S. 2006. Shifting for Fuel Efficiency. Fleet Owner, February.
Ressources naturelles Canada (RNCAN), Office de l’efficacité énergétique, Programme Écoflotte.
2001. Évaluation technique des boîtes de vitesses automatisées pour le marché des camions lourds.
Ottawa, Canada. ISBN: 0-662-30631-7.
SAE International. 1986. Joint TMC/SAE Fuel Consumption Test Procedure – Type II, SAE Surface Vehicle Recommended Practice J1321.
Warrendale, PA.
Surcel, M.-D., Michaelsen, J., Carme, R., Brown, M. Performance Evaluation of Heavy-Duty Vehicles Equipped with Automatic Transmis- sions and Powertrain Adaptive Systems in Fo- restry Transportation. SAE 2007-01-4212. SAE Commercial Vehicle Engineering Congress and Exhibition. Chicago, IL.
