Electrique(sge’14) : ef-epf-mge 2014, 8-10 juillet 2014, ens cachan, France Eco-conduite des véhicules : du calcul de la trajectoire idéale à son utilisation lors de l’activité de conduite





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2.3.La génération d’éco-cycle


En se basant sur les algorithmes développés précédemment nous avons calculé les trajectoires optimales pour des cycles de conduite préenregistrés sur des véhicules conventionnels. Afin de pouvoir justement comparer les résultats, les contraintes de ces cyclesdits originaux, dans toute la suite, sont extraites et introduites comme contraintes de l’optimisation. La détermination des gains potentiels d'éco-conduite est alors obtenue en comparant les cycles énergétiquement optimaux ou "éco-cycles" aux cycles originaux.

Pour illustrer les résultats obtenus, nous avons considéré,pour le véhicule étudié, quatre cycles originaux de conduite : un cycle normalisé (NEDC), un cycle représentant une conduite urbaine (HYZURB), un cycle représentant une conduite routière (HYZROUT) et un cycle décrivant une conduite autoroutière (HYZAUTO).

Les trajectoires optimales correspondantes à chaque cycle ont été calculées en appliquant la méthode de programmation dynamique 2D couplée à la recherche de zéro pour le calcul du paramètre correspondant à la contrainte temps final du cycle original. La figure 7 présente, en bleu les cycles originaux en haut suivis des cycles éco en bas. En rouge sont représentées les vitesses limites de chaque tronçon, introduites comme contraintes dans l’algorithme. Pour chaque cycle la trajectoire de vitesse et les rapports de boite optimaux sont calculés.



Fig.7 Cycles originaux et cycles éco en fonction du temps et de la distance

Afin de valider les résultats, les cycles originaux et "éco" ont été testés sur un banc moteur. En s'appuyant sur un équipement 'hardware-in-the-looptesting' [7], le véhicule a été émulé alors que le moteur thermique est piloté en temps réel. Cette méthode nous a permis de mesurer les valeurs réelles de consommation de carburant pour chaque cycle en admettant que le modèle du véhicule est suffisamment précis. Le tableau 1 présente les résultats pour les cycles originaux et « éco ». Suivant le cycle évalué, les gains potentiels d'éco-conduite se situent entre 7,9 et 27,2 %. Par ailleurs ces résultats montrent que les gains par une conduite idéale sont plus élevés pour une utilisation urbaine et routière que pour une conduite autoroutière.

Tableau. Gains potentiels d’éco-conduite



Deux facteurs ont été identifiés comme principales causes des gains d'éco-conduite :

  • Une meilleure stratégie de changement de rapport de vitesse

  • Un meilleur choix des vitesses et des taux d'accélération du véhicule.

Grâce à une sélection de rapports élevés, le rendement du moteur thermique est augmenté, induisant une réduction de consommation. De plus, la consommation d'énergie diminue avec un choix adéquat des vitesses et des taux d'accélération du véhicule. Pour minimiser la consommation de carburant sous la contrainte temps du parcours, une accélération forte pour atteindre une vitesse stabilisée le plus rapidement possible est recommandée. Dans les phases de décélération, il est préférable d'utiliser le frein moteur afin de réduire la vitesse du véhicule, puis d'appliquer un freinage mécanique assez fort pour minimiser la durée de la phase de décélération.

(3)Prise en compte d’autres contraintes


Nous nous sommes jusqu'ici intéressés aux gains potentiels de l'éco-conduite dans une situation idéale, nous allons par la suite décrire comment des contraintes de trafic et d'émissions ont été intégrées afin de calculer des gains d'éco-conduite plus réalistes.

3.1.La contrainte du trafic




Fig.8 Contrainte de trafic exprimée par la distance intervéhiculaire

L'intégration de l'éco-conduite en temps réel doit prendre en compte le trafic à proximité du véhicule et ne doit pas altérer la sécurité du conducteur. Afin d'évaluer l'impact de la prise en compte du trafic, les configurations, dans lesquelles il existe potentiellement une voiture devançant le véhicule dont la trajectoire est optimisée, ont été étudiées (figure 8) [8]. Dans une telle situation une distance de sécurité doit être conservée. Nous avons étudié trois paramètres différents de suivi d'un véhicule en toute sécurité:

  • Distance de freinage sûr : distance nécessaire pour pouvoir freiner quand le conducteur précédant freine soudainement

  • Time-inter-vehicular (TIV) : le temps séparant le passage au même point des deux véhicules

  • Time-to-collision (TTC) : le temps avant qu'une collision se produise si les deux véhicules conservent leurs vitesses courantes

Le code de la route français conseille un TIV de 2 s pour les véhicules sur une autoroute. Le TIV est un critère facile à prendre en compte pour le conducteur, néanmoins, il ne prend pas en compte la vitesse du véhicule précédent. Afin d'étudier les effets du trafic sur les gains de l'éco-conduite, nous avons défini deux types de conducteurs : un premier à haut risque et un autre à faible risque. Pour spécifier la distance de sécurité, le critère de TTC a été utilisé, en prenant une valeur de 2 s pour une conduite à haut risque et de 4 s pour une conduite à faible risque.

Utilisant un enregistrement avec caméra identifiant la distance du véhicule précédent, la trajectoire de vitesse optimale correspondant à un trajet urbain a été calculée pour les deux types de conducteurs. La consommation de carburant pour chaque cycle est présentée dans le tableau 2. La consommation de référence a été calculée sans contrainte de trafic, elle correspond à un gain potentiel d'éco-conduite de 34 % pour le trajet considéré. Cependant les limitations dues au trafic rendent cette trajectoire non réalisable. En prenant en compte le trafic (ici juste le véhicule de devant) un conducteur à haut risque peut réduire sa consommation de 28 % grâce à l'éco-conduite alors qu'un conducteur à faible risque obtient une réduction de 15 % seulement. Alors que la consommation optimale n'est pas accessible en présence de trafic, la stratégie d'éco-conduite entraîne toujours une réduction de consommation non négligeable.

Tableau. Consommation et contrainte du trafic


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