Comportement et enjeux environnementaux des poids lourds de livraison urbaine à motorisation hybride électrique

(1)

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Comportement et enjeux environnementaux des poids lourds de livraison urbaine à motorisation hybride

électrique

Joël Lelong, Didier Pillot, Rochdi Trigui

To cite this version:

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

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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 Lelong

1

_{,
Didier
Pillot}

2

_{et
Rochdi
Trigui}

2

1

_{:
IFSTTAR/Laboratoire
d’AcousNque
Environnementale}

2

_{:
IFSTTAR/Laboratoire
Transports-‐Environnement}

(3)

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

Moteur diesel

Camion hybride

§ 

Contexte

§ 

RéducNon de la consommaNon énergéNque

§ 

RéducNon des émissions de polluants

(4)

Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

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

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Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

Camion hybride

Bilan environnemental

2. DescripNon des véhicules

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

(6)

Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

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

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Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

Camion hybride

RéducNon de la consommaNon énergéNque

2. Cycle uNlisé et résultats instantanés

0 50 100 150 200 250 -100 0 100 200 300 pui s s anc e (k W ) temps (s) Répartition de la puissance moteur thermique machine électrique 0 50 100 150 200 250 0 50 100 Vi te s s e ( k m /h ) 0 50 100 150 200 2500 2 4 PT M o d e Mode de fonctionnement temps (s)

tout électrique hybride

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 20 40 60 80 100 cycle CVL MD distribution distance (km) vi te 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)

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Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

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% Ec ar t co n so m m ati o n Hybride / Thermique 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 20 20 25 30 35 40 45 50 variation de SoC en % co n so m m a ti o n e n L /1 0 0 km

Tendance de consommation en fonction de la consommation batterie de traction FE31 8000kg PDI20 FE31 14500kg PDI20 FE31 18000kg PDI20

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Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

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% Ec art s Hybr ide / Thermi

que poids total 14,6 t (charge moyenne)en configuration de

HC CO CO2 NOx Particules S S S S = écart significatif

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

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Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

Camion hybride

RéducNon des polluants

2. Emissions de CO

₂

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 CO

2

mesurées non

cohérentes avec celles déduites

des consommaNons de gazole,

sauf pour la charge moyenne

(11)

Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

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%.

(12)

Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

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)

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 7.5m Cellules IR Microphones à 7.5m

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 7.5m Cellules IR Microphones à 7.5m

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Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

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

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Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

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

(15)

Description des véhicules

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Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

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

M.A. Pallas – R. Chatagnon – J. Lelong – JTAV 2012 – Autun -- 10-11 octobre 2012 ₈

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)

M.A. Pallas – R. Chatagnon – J. Lelong – JTAV 2012 – Autun -- 10-11 octobre 2012 ₈

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)

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Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

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)

Rayonnement vertical à vitesse constante

Rapport adapté

L

_Amax 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)

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

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Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

Camion hybride

RéducNon des émissions sonores

7. Camion en accéléraNon

M.A. Pallas – R. Chatagnon – J. Lelong – JTAV 2012 – Autun -- 10-11 octobre 2012 ₁₂

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

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Description des véhicules

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Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

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

roulement des roues motrices

Acceleration : sources de bruit principales

• Configurations avec moteur

thermique:

– Augmentation du bruit GMP

– Augmentation du bruit de

roulement des roues motrices

• 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

roulement des roues motrices

• Mode électrique:

– Augmentation du bruit de

roulement des roues motrices

80 Camion ICE– 20 km/h Mode électrique – 20 km/h 75 Camion ICE – 20 km/h Mode électrique – 20 km/h

(19)

Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

Camion hybride

RéducNon des émissions sonores

9. Camion en freinage

M.A. Pallas – R. Chatagnon – J. Lelong – JTAV 2012 – Autun -- 10-11 octobre 2012 ₁₇

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

(20)

Description des véhicules

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Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

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)

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Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

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

(22)

Description des véhicules

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Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Moteur diesel

Camion hybride

Comportement et enjeux environnementaux des poids lourds de livraison urbaine à motorisation hybride électrique

Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

COMPORTEMENT ET ENJEUX

ENVIRONNEMENTAUX DES POIDS LOURDS DE

LIVRAISON URBAINE A MOTORISATION HYBRIDE

ELECTRIQUE

Joël Lelong

, Didier Pillot

et Rochdi Trigui

: IFSTTAR/Laboratoire d’AcousNque Environnementale

: IFSTTAR/Laboratoire Transports-­‐Environnement

Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

§

Contexte

§

RéducNon de la consommaNon énergéNque

§

RéducNon des émissions de polluants

Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Contexte

1. Bilan environnemental PL VMI/ICE

Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

Bilan environnemental

2. DescripNon des véhicules

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

Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

RéducNon de la consommaNon énergéNque

1. Chaîne de tracNon et emplacement des capteurs

Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

RéducNon de la consommaNon énergéNque

2. Cycle uNlisé et résultats instantanés

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)

Description des véhicules

Porteurs solos 4x2 Premium Distribution (Renault Trucks) / Volvo FE

Régime moteur 600 – 2300 tr/min

Charge 50 kg/kW

RéducNon de la consommaNon énergéNque

3.

Résultats globaux sur le cycle de distribuNon selon

la charge (T)

* 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)

_{,
Didier
Pillot}

_{et
Rochdi
Trigui}

_{:
IFSTTAR/Laboratoire
d’AcousNque
Environnementale}

_{:
IFSTTAR/Laboratoire
Transports-‐Environnement}

§ 

§ 

§ 

_Σ

₍