L'électrification des remorques fait un pas vers plus d'efficacité et de stabilité

La route vers l'électrification complète des remorques sera longue, mais certaines technologies qui amélioreront l'efficacité globale sont plus proches que nous ne le pensons. Les remorques équipées d'essieux électriques et de moteurs de moyeu pourront contribuer à l'effort de traction d'un moteur, réduisant ainsi la consommation de carburant. La stabilité du véhicule et les performances de freinage peuvent également être améliorées en utilisant des systèmes plus avancés.

Wolfgang Hahn, responsable de l'innovation des systèmes chez ZF Group North America, a déclaré aux participants à la réunion annuelle de l'Association canadienne du matériel de transport (ACTE) à Victoria qu'il s'agit de récupérer l'énergie cinétique autrement inexploitée du mouvement du véhicule.

"Seule une petite partie de la teneur énergétique totale d'un litre de carburant diesel contribue réellement au mouvement vers l'avant du camion", a déclaré Hahn, qualifiant les frottements internes du moteur, les pertes de pompage et les charges électriques de pertes d'énergie importantes.

"Les pertes les plus importantes à surmonter sont de loin la résistance à la conduite : la traînée aérodynamique, la résistance au roulement des pneus, la résistance à l'accélération et la conduite en montée - en d'autres termes, surmonter l'inertie", a-t-il déclaré. "Perte n'est peut-être pas le bon mot. L'énergie n'est jamais perdue. Elle peut être convertie en une autre forme, mais elle est perdue pour notre usage."

Les puits d'énergie tels que la traînée aérodynamique et la résistance au roulement peuvent être atténués, mais jamais éliminés. D'autre part, il est possible de compenser une partie des pertes en récupérant un certain pourcentage de l'énergie cinétique perdue à cause de la chaleur et de l'usure du métal lors du freinage en descente ou en roue libre.

Hahn dit qu'il existe d'énormes possibilités de récupération d'énergie, en utilisant des générateurs électriques dans les essieux ou les roues de la remorque pour ralentir le véhicule plutôt que d'utiliser le freinage traditionnel par compression et friction. L'énergie récupérée peut être stockée dans des batteries et utilisée plus tard pour alléger la charge du moteur pendant l'accélération et les moments de demande de puissance maximale.

"En pratique, cela pourrait nous permettre d'utiliser moins de puissance moteur et donc de fonctionner avec une plus grande efficacité énergétique", a déclaré Hahn.

Les freins à compression du moteur ou les freins sur échappement sont utiles pour résister à l'accélération en descente, en particulier sur les longues pentes dans ce que Hahn appelle le freinage d'endurance, mais ils ne contribuent en rien à un effort de récupération. Cependant, si la principale stratégie de freinage d'endurance était l'essieu électrique de la remorque avec un moteur/générateur, un pourcentage élevé de cette énergie cinétique pourrait être récupéré facilement et à moindre coût, a expliqué Hahn. Le frein moteur deviendrait alors le deuxième étage de contrôle de la vitesse lors d'un freinage d'endurance, gardant les freins de service pour la fin.

Alors, que peut-on faire avec toute cette énergie "gratuite" ?

"Généralement, nous voyons cela avec des tracteurs conventionnels combinés à des remorques équipées d'essieux électriques et de batteries pour stocker l'énergie", a-t-il déclaré. "L'énergie est souvent utilisée pour remplacer le moteur qui entraîne le compresseur en réfrigération."

Au cours des dernières années, ConMet eMobility a travaillé au développement d'un tel système. Appelé eHub, ConMet a associé un moteur électrique dans la roue à son ensemble de moyeu ConMet PreSet Plus pour capturer l'énergie cinétique et la convertir en électricité. L'électricité est stockée dans ce que l'entreprise décrit comme une "batterie légère et de grande capacité" qui se trouve sous une remorque. Lorsqu'elle est partagée avec un système de réfrigération de transport, ConMet affirme que l'énergie récupérée est suffisante pour remplacer le moteur diesel autrefois utilisé pour entraîner le compresseur frigorifique.

Des unités sont actuellement en service en Californie, grâce à un partenariat avec Carrier Transicold, Great Dane Trailers et la société de distribution de services alimentaires Sysco Corp.

De telles configurations sont utilisées en Europe depuis 20 ans, a déclaré Hahn, reconnaissant que le déploiement nord-américain à grande échelle prendra du temps.

Les voies technologiques européennes et nord-américaines ont divergé il y a quelques années, les pays de l'Union européenne adoptant les commandes électroniques et une plus grande intégration des semi-remorques. Au même moment, les constructeurs de camions nord-américains ont décidé de développer des capacités de détection et de mise en réseau améliorées pour leurs tracteurs.

Depuis 2019, il y a eu un grand effort ici pour développer une nouvelle interface tracteur-remorque qui facilitera ce niveau d'intégration inter-véhicules. C'est un processus lent, mais presque tout le monde reconnaît que nous devons progresser au-delà du connecteur à sept broches J-560 dès que cela est possible et pratique.

Quelle quantité d'énergie peut être récupérée ? Cela dépend de l'application et du cycle de service. De toute évidence, les applications avec un nombre plus élevé d'événements de décélération soutenue produiront des rendements plus élevés. En 1999, l'UE a établi un programme d'essais conçu pour fournir une mesure standard de la consommation d'énergie et des émissions dans divers scénarios.

En utilisant un modèle de distribution régionale avec un parcours prédéterminé de 100 km avec différentes pentes de route et cycles de démarrage/arrêt, le camion d'essai a consommé 42 litres de carburant tout en produisant une énergie de freinage récupérée possible calculée de 42,3 kWh.

Le test avec la remorque équipée d'essieux électriques - mais pas entièrement intégrée au tracteur - a consommé cinq litres de carburant de moins (une économie de carburant de 16 %) et a généré 33,4 kWh d'énergie grâce au freinage récupératif - environ 79 % de l'énergie potentielle calculée .

"C'était uniquement avec les commandes de la remorque", a ajouté Hahn. "C'était un prototype, pas un véhicule entièrement optimisé. Avec la remorque non intégrée au moteur, vous êtes limité à ne récupérer qu'environ 50 à 60 % de la quantité d'énergie possible lorsque les deux unités sont plus étroitement intégrées."

Idéalement, le tracteur et la remorque seraient profondément et largement connectés afin que les contrôleurs du groupe motopropulseur du tracteur puissent gérer la récupération d'énergie et les capacités d'entraînement de la remorque. Bien que nous n'en soyons pas encore si loin, Hahn vante déjà les avantages de l'ultime ramification d'une intégration plus profonde du véhicule : les commandes de freinage électroniques.

"Le contrôle électronique des freins pour les camions et les remorques serait une avancée majeure dans la stabilité des véhicules et les performances de freinage", a-t-il déclaré.

En termes simples, les systèmes de freinage électroniques utiliseraient le réseau CAN pour contrôler l'application des freins plutôt que les lignes de commande pneumatiques utilisées aujourd'hui. Les avantages évidents de la commande d'actionnement électronique sont une modulation plus précise de la force de freinage, une réponse plus rapide et simultanée de tous les freins du véhicule et une plus grande stabilité du véhicule lors des manœuvres de freinage.

En raison du temps nécessaire pour créer une pression suffisante dans la conduite de commande pour actionner les freins - et en outre, pour que la pression au niveau de l'actionneur de frein atteigne la pression d'application souhaitée - Hahn a déclaré que cela peut prendre jusqu'à deux secondes pour que les freins atteindre la pleine pression d'application au niveau de l'essieu le plus en arrière sur un véhicule à combinaison longue (VUL).

"Grâce à la commande électronique, l'essieu électrique de la remorque peut également être inclus dans la capacité de freinage, ce qui peut raccourcir les distances d'arrêt globales", a-t-il noté.

Hahn n'a pas abordé la question des actionneurs de frein électriques par rapport aux actionneurs pneumatiques actuels. Les freins pneumatiques d'aujourd'hui peuvent être contrôlés simplement et facilement par des signaux électroniques au niveau des vannes modulatrices plutôt que par la pression d'air. Convertir les actionneurs eux-mêmes en électromécaniques à partir de pneumatiques est une autre histoire.

Les experts en freinage étudient bien sûr la possibilité et testent de tels systèmes. Dans l'attente du jour où les véhicules électriques à batterie deviendront plus courants, le remplacement des freins à air par des freins électriques éliminerait le besoin de compresseurs d'air et de beaucoup de plomberie.

Les camions finiront par évoluer dans cette direction, et la présentation de Hahn à l'assemblée annuelle de l'ACET à Victoria la semaine dernière ne fait qu'effleurer le plein potentiel de l'électrification des remorques.

Jim Park a été chauffeur et propriétaire-exploitant de CDL de 1978 à 1998, date à laquelle il a entamé sa deuxième carrière en tant que journaliste spécialisé dans le camionnage. Au cours de cette transition de carrière, il a animé une émission de radio pendant la nuit sur une station de radio de Hamilton, en Ontario, et a ensuite présenté les nouvelles sur le camionnage dans la chaîne Road Dog Trucking de SiriusXM. Jim est un contributeur régulier à Today's Trucking et Trucknews.com, et produit des vidéos d'essai routier Focus On et On the Spot.

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