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Le CNRC améliore le transport en commun avec une modélisation au niveau du système

Publication: 4 septembre

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Avec une population et une densité démographique toujours croissante dans les grandes villes à travers le monde, les transports en commun jouent un rôle crucial pour rendre la vie plus agréable en limitant le nombre total de véhicules circulant en centre urbain...
 

Il est possible, grâce à un système efficace, de réduire drastiquement les émissions résultant des déplacements des personnes, au bénéfice d’une amélioration sensible de la qualité de l’air et de l’état général de l’environnement pour les générations futures.

Afin de réaliser le potentiel environnemental et social des transports en commun, le Conseil national de recherche du Canada (CNRC) détermine les méthodes d’optimisation des transports en commun actuels par l’implémentation de nouvelles technologies. Les recherches actuelles se focalisent en partie sur l’analyse des activités de ceux-ci à l’aide d’approches axées sur le modèle de planification des technologies de transports en commun. En plaçant la modélisation physique au cœur de sa méthodologie d’analyse, le CNRC est en mesure de fournir des prévisions plus précises des implications, au niveau système, des mises en œuvre technologiques. Pour améliorer la flexibilité et la configurabilité de ses outils de modélisation existants, le CNRC a compté sur la migration de sa plate-forme de modélisation vers les outils de modélisation et simulation développés par Maplesoft.

Comme étape initiale vers la migration de capacité, l’équipe de modélisation du CNRC a collaboré avec l’équipe des Solutions d’ingénierie Maplesoft pour créer un modèle extrêmement fidèle de dynamique de bus électrique alimenté par batterie en prenant en compte divers facteurs impactant les décisions opérationnelles. L’ensemble de ces facteurs est nécessaire pour répondre aux nombreuses préoccupations des exploitants de transports en commun et pour progresser vers un système d’un nouveau genre. Par exemple, les exploitants de transports en commun ont besoin de connaître la durée de disponibilité d’un bus électrique par rapport à un bus à moteur Diesel pour planifier les horaires et rationnaliser les opérations. Cela suppose une compréhension approfondie à la fois de la charge des batteries de bus et de la détermination d’une consommation d’énergie réaliste sur une ligne de bus donnée. Les exploitants s’intéressent également à d’autres considérations opérationnelles liées aux bus électriques à batterie, comme par exemple les réductions d’émissions de CO2, les économies de carburant en équivalent Diesel et les coûts de recharge dans le cadre d’une utilisation standard. Le modèle au niveau système développé par le CNRC et Maplesoft contribue à fournir des informations pour traiter ces questions au début du processus d’acquisition des véhicules.

Le modèle de bus électrique à batterie se compose d’une multitude de sous-systèmes intégrés dans un système unifié de simulation et d’étude de conception. Ce modèle a été créé à l’aide de MapleSim, l’outil de modélisation et simulation au niveau système de Maplesoft. Le modèle intègre des interactions issues de multiples domaines du système de bus électrique, comme la dynamique de la caisse, les performances du moteur électrique, les modèles détaillés de batterie ainsi que les informations de capacité de passagers avec le modèle de bus circulant sur une ligne donnée. Ce modèle a été créé à l’aide à la fois de composants physiques standards MapleSim et de composants personnalisés qui ont permis de modifier la conception en fonction des caractéristiques précises de bus et de ligne. Une fois le modèle établi, le CNRC est en mesure de simuler le système de véhicule complet, en fournissant des informations sur les performances du système à chaque point que l’ingénieur souhaite examiner.

A l’issue du développement complet du modèle de bus électrique à batterie, le CNRC et Maplesoft ont collaboré à la création d’outils supplémentaires facilitant l’importation d’une multitude de trajets ainsi que d’outils pouvant servir à se faire rapidement une idée des performances de différentes configurations de bus et de lignes. La précision des résultats obtenus à partir de ces analyses s’est avérée nettement supérieure à celle des techniques employées ailleurs, qui ne comportent en général que des calculs de performances basés sur la vitesse moyenne des bus et leur consommation d’énergie moyenne sur une certaine distance. MapleSim, le logiciel de simulation avancé de Maplesoft, crée des modèles au niveau système dans un environnement paramétré symbolique, de façon à procéder à des ajustements pour apporter facilement des modifications au bus ou optimiser certains paramètres en vue d’obtenir des performances particulières. Tyson McWha, Responsable technique du projet au CNRC en charge de l’équipe d’optimisation des flottes, précise comment le modèle de bus a apporté de la souplesse à leurs processus d’évaluation : « Le principal avantage de l’utilisation d’une plate-forme de simulation avancée pour évaluer la mise en œuvre d’un bus électrique à batterie, c’est que nous pouvons maintenant ajuster les paramètres spécifiques de véhicule et d’infrastructure et comprendre très vite les effets induits sur l’ensemble du système ».

Avec une approche axée sur le modèle, le CNRC est maintenant en mesure de prendre un itinéraire et un bus électrique donnés et de générer automatiquement, grâce à ses outils de simulation et d’analyse, les informations clés nécessaires aux exploitants de transports en commun et autres décideurs. Ils sont à même de comprendre précisément les besoins de stockage d’énergie du véhicule pour des lignes de bus particulières, aidant ainsi à choisir la combinaison adéquate de technologies, adaptée aux exigences spécifiques du trajet.

Le CNRC ne cesse d’affiner son modèle de bus électrique à batterie, d’en augmenter les capacités en l’alimentant de données de performances concrètes et d’autres variables environnementales comme la météo et la circulation. La plate-forme MapleSim de modélisation physique a fourni un outil intuitif, utilisé efficacement par les experts en technologies de transports en commun du CNRC. Notant les possibilités d’amélioration du modèle de bus, Tyson McWha formule les commentaires suivants sur la modélisation au niveau système au sein de l’équipe d’optimisation des flottes : « La migration de notre modélisation vers la plate-forme MapleSim a renforcé la capacité de nos chercheurs à faire bénéficier de leur expertise personnelle tous les aspects des modèles de véhicules et d’infrastructures. Finalement, nous disposons d’un outil plus convivial offrant davantage de souplesse et de précision ».

Le CNRC poursuit ses recherches de configuration idéale des bus électriques par batterie dans les grandes villes canadiennes, en recourant à des approches de conception modernes pour répondre aux questions avec plus précision que jamais, et permettre ainsi aux organismes de transports en commun de prendre des décisions en connaissance de cause. En adoptant une approche de la conception technique basée sur le modèle, le CNRC contribue à offrir aux Canadiens des transports en commun zéro émission en adéquation avec les besoins de chaque communauté.

http://fr.maplesoft.com

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