pesage en marche : recherche et expérimentations...

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Pesage en marche :

Recherche et

expérimentations menées à

IFSTTAR

Sio-Song Ieng et Hocine Imine

LEPSIS

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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.

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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.

• 1982-1992, 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)

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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.

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Les technologies et méthodes étudiées

• Les capteurs piézo-électriques (piézo-céramique, piézo-

quartz 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.

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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.

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Site de pesage multi-capteurs à

Maulan(2005-2008)

• 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

Aire de pesage basse vitesse

Site de pesage MS-WIM

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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).

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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 multi-

capteurs sera possible prochainement.

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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.

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SiWIM, système B-WIM Slovène

C'est le seul système commerciale de B-WIM.

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SiWIM, Système B-WIM Slovène

Principe : Estimation des charges à l'aide de la ligne

d' influence.

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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.

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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 2009. 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% .

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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.

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Merci pour votre attention

Ifsttar

Cité Descartes

Boulevard Newton

77420 Champs-sur-Marne

Tél. +33 (0)1 40 43 50 00

Fax. +33 (0)1 40 43 54 98

www.ifsttar.fr

[email protected]

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Hocine Imine

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

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• 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

Contexte

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Développer un système économique et fiable de pesage embarqué dans les poids lourds

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

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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)

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Objectifs et applications

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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

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Modèle PL

Entrées connues : braquage, couple moteur, pression des coussins d’air..

Entrées inconnues : forces d’impact

Observateur

/ Estimateur

Forces d’impact estimées

Démarche et principe

Vertical force

Suspension force

Vertical acceleration

Wheel mass

longitudinal road profile

Vertical displacement

of wheel

Vertical displacement

of wheel

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Expérimentation

The instrumented vehicle

1. Hydraulic jack

2. Vehicle

3. LVDT sensor

The instrumented vehicle

1. Hydraulic jack

2. Vehicle

3. LVDT sensor

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

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 acquisition material The installed sensors The installed sensors

1. Véhicule excité en vertical

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Teste CERAM

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Résultat d’estimation

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Forces verticales: mesures et estimations

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Australian Road Research Board (ARRB)

Accelerated Loading Facility (ALF)

Tests carried at ALF

• Two wheels

• Dual tyres

2. Expérimentation avec ALF (ARRB)

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Instrumentation

• Strain gauges on wheel axle

• LVDT: Suspension deflection

sensors

• Air pressure transducer (APT)

• Accelerometers on wheel hub

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sensors



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sensors



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sensors



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• 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

Essais

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Vertical forces Error distribution in %

Résultat d’estimation

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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

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