Pesage en marche : Recherche et expérimentations menées à IFSTTAR

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1 Pesage en marche : Recherche et expérimentations menées à IFSTTAR Sio-Song Ieng et Hocine Imine LEPSIS

2 Le pesage : pourquoi? L'objectif initial était la protection de l'infrastructure. Connaître les charges supportées permet de mieux dimensionner les routes et les ponts et de mieux les préserver. Avec l'augmentation du trafic lourd de marchandise en Europe, l'augmentation des poids légaux de certains pays membres de l'u.e. et une concurrence entre les modes de transport et entre les sociétés de transport, le contrôle devient indispensable.

3 Le développement du pesage en marche Le pesage en marche a été inventé dans les années 50 aux Etats-Unis(Pr. Clyde Lee). A la fin des années 70, l'irt (futur INRETS) a inventé un capteur de pesage utilisant du piézo-céramique , le LCPC travaille avec la société ECM sur la fabrication d'un capteur piézo-céramique, le traitement du signal, et la pose du capteur. Un projet national «pesage en marche» a été lancé et piloté par le LCPC. A partir de 1993, le LCPC travaille avec les partenaires européens (COST323, Projet européen WAVE, REMOVE)

4 Conventions DGITM-IFSTTAR Depuis 1996, la DGITM finance le LCPC en titre VI et titre IX dans le cadre de conventions pour les objectifs initiaux suivants : Mise au point d'un système de pesage en marche à basse vitesse (Un système de la société Captels a été homologué en classe 5 de l'oiml). Amélioration de la précision et la fiabilité d'un système de pesage à vitesse courante. Accompagnement et aide à l'installation des Equipements de Pesage en Marche (EPM) sur la route pour la pré-sélection des véhicules.

5 Les technologies et méthodes étudiées Les capteurs piézo-électriques (piézo-céramique, piézoquartz et piézo-polymère), peuvent être installés partout, capteurs classiques, La technique de pesage par ponts instrumentés, sous les ponts adaptés à ce type de technique. Technique discrète et le système est «démontable», Le pesage embarqué, est une technique de pesage directe en continue. La roue dynamométrique est la plus précise mais coûteuse.

6 Les capteurs piézo-électrique et le pesage multi-capteurs (MS-WIM) Les charges mesurées par les capteurs sont entachées d'erreurs à cause de l interaction entre le véhicule et la chaussée. La grandeur mesurée est en réalité la force d'impact f est la somme de la force statique et de la force dynamique ε. En multipliant les capteurs distants les uns des autres de d, nous obtenons des informations sur la distribution de ε. Le professeur britannique D. Cebon et ses collaborateurs ont proposé deux approches en utilisant l'hypothèse E[ ε]=0. Thèse de Sainte-Marie au LCPC.

7 Site de pesage multi-capteurs à Maulan( ) Le site de pesage MS-WIM est situé à 13Km du site de pesage basse vitesse du Rupt-aux-Nonains. Le site est choisi suivant les spécifications du cost323 Maulan Site de pesage MS-WIM Aire de pesage basse vitesse

8 Les grilles de capteurs piézo-électriques Trois technologies ont été étudiées : le piézo-céramique, le piézo-polymère (8 capteurs pour chaque technologie) et une paire de piézo-quartz (à cause du prix).

9 Les travaux sur ces capteurs Piézo-céramique : qualité très variable, sensible à la position latérale du véhicule. Dû la très grande différence de précision entre capteurs, l'approche multi-capteurs n'a pas été concluant pour cette technologie. Piézo-polymère (installé et étalonné par TDC), individuellement, ce n'est pas un capteur précis. En multi-capteurs, nous obtenons de très bons résultats. Très sensible à la température. Piézo-quartz, bon capteur pour sa précision et sa qualité. Mais le prix est très élevé. L'Evaluation du multicapteurs sera possible prochainement.

10 Le pesage par ponts instrumentés (B- WIM) La technique actuelle est l'application des travaux de Moses en 1979 qui sont fondés sur la ligne/surface d'influence (fonction de transfert) I qui décrit le comportement du pont supportant une charge. Les jauges mesurent le moment de flexion M de la structure. M = I*P (convolution) P= charge d un essieu. La technique de B-WIM est la résolution d'un problème inverse.

11 SiWIM, système B-WIM Slovène C'est le seul système commerciale de B-WIM.

12 SiWIM, Système B-WIM Slovène Principe : Estimation des charges à l'aide de la ligne d' influence.

13 Experimentations de B-WIM en France -Montpellier, A9 l'aire de Fabrègues : Route très fréquentée par les poids lourds. Route portée par un pont cadre. Evaluation du système pour la pré-sélection des poids lourds en surcharge avec 87% de bonnes détections. La précision du système est de l'ordre de 10% mais le système est peu ergonomique.

14 Experimentations de B-WIM en France -Millau, A75 le viaduc de Millau: Première expérimentation sur une dalle orthptrope en 2006 à Autreville. La technique de pose a été améliorée pour le viaduc de Millau en L'algorithme du système SiWIM n'est pas adapté à ce type de pont à cause des augets. Malgré une plus grande sensibilité locale, la précision est de 20%.

15 Conclusions Plusieurs techniques de pesage ont été étudiées à l IFSTTAR. Aujourd hui, la technologie des capteurs piézo-électriques est la plus aboutie pour les applications de contrôle et de pré-sélection. Le pesage par pont instrumenté est une technique qui doit encore être validée sur le terrain pour certains types de pont. Le système SiWIM doit être plus ergonomique pour être opérationnel. De nouvelles techniques sont/ seront abordés : fibres optiques ou pesage embarqué qui est une technique présentée maintenant par Hocine Imine.

16 Merci pour votre attention Ifsttar Cité Descartes Boulevard Newton Champs-sur-Marne Tél. +33 (0) Fax. +33 (0)

17 Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'aménagement et des Réseaux Laboratoire d'exploitation, Perception, Simulateurs et Simulations Pesage embarqué par estimation des forces d impact de poids lourds Hocine Imine

18 Contexte Les poids lourds constituent le principal mode de transport de fret, avec un pourcentage de 75% La proportion des PL est en nette augmentation et atteint 15 à 20 % du trafic Ils représentent 5,1 % des kilomètres parcourus PL trop ou/et mal chargé est l une des causes d accidents Conséquences : - Endommagement de l infrastructure - Augmentation des risques d accident - Concurrence déloyale Necessité de mesurer les forcex d impact pour connaitre le comportement du PL et contrôler sa charge Développer un système économique et fiable de pesage embarqué dans les poids lourds 18

19 Objectifs et applications Alerter et assister les conducteurs de poids lourds en cas de présence de risque de renversement du véhicule Calcul du LTR Réduire l agressivité des PL et protéger l infrastructure en développant des systèmes de contrôle embarqués qui stabilisent et minimisent les forces dynamiques Fournir au gestionnaire de l infrastructure des outils de surveillance et de verbalisation des véhicules en surcharge Calibration des stations de pesage en marche (WIM) 19

20 Solution proposée Reconstitution des forces d impact dans tous les scénarios de conduite : ligne droite et virage Une solution optimale en capteurs et simple à installer et à étalonner Exploiter les mesures en embarqué de la force d impact pour développer des systèmes d alerte et de contrôle actif

21 Démarche et principe Entrées connues : braquage, couple moteur, pression des coussins d air.. Entrées inconnues : forces d impact Modèle PL Observateur / Estimateur Forces d impact estimées Vertical force Suspension force Vertical acceleration Wheel mass Vertical displacement of wheel Vertical displacement of wheel longitudinal road profile

22 1. Véhicule excité en vertical Expérimentation The instrumented vehicle 1. Hydraulic jack 2. Vehicle 3. LVDT sensor 1. Control desk software 5. Accelerometers 2. Micro-Autobox 6. Gyrometers 3. Battery 7. Laser sensor 4. LVDT sensors 8. BNC connectors The acquisition material The installed sensors 22

23 Teste CERAM 23

24 Résultat d estimation Forces verticales: mesures et estimations 24

25 2. Expérimentation avec ALF (ARRB) Australian Road Research Board (ARRB) Accelerated Loading Facility (ALF) Tests carried at ALF Two wheels Dual tyres 25

26 Instrumentation Strain gauges on wheel axle LVDT: Suspension deflection sensors Air pressure transducer (APT) Accelerometers on wheel hub 26

27 Strain gauges on wheel axle LVDT: Suspension deflection sensors Air pressure transducer (APT) Accelerometers on wheel hub 27

28 Strain gauges on wheel axle LVDT: Suspension deflection sensors Air pressure transducer (APT) Accelerometers on wheel hub 28

29 Strain gauges on wheel axle LVDT: Suspension deflection sensors Air pressure transducer (APT) Accelerometers on wheel hub 29

30 Essais Repeat tests conducted at 10, 15 et 20 km/h Road profile not modified Road profile modified adding wooden boards on the road surface Test with static load of 40kN 30

31 Résultat d estimation Vertical forces Error distribution in % 31

32 Travaux en cours et futures Prendre en compte d autres paramètres à identifier (inertie, amortissement..) pour améliorer la qualité de l estimation. Expérimenter l approche en temps réel sur un tracteur/semi-remorque et validation par roue dynamo. Contrôle hybride par la stabilisation des forces verticales