Sécurité urbaine

     

Sécurité urbaine

 

 

 

       Introduction :

La législation française oblige les utilisateurs de trottinettes électriques et les cyclistes à se munir d'un éclairage avant et arrière, seulement aucune législation existe pour les éclairages latéraux, très peu d’objet répondent donc à cette demande. Ainsi, l’objectif de ce projet est de concevoir un objet permettant de rendre visible un utilisateur de trottinette et/ou de bicyclette de côté.

       1. Analyse du produit 

L'analyse du produit est détaillée en trois parties distinctes consacrées àl'analyse du besoin, la construction d'un cahier des charges et à l’état de l’art. En s'appuyant sur le cahier des charges on peut ensuite critiquer les objets existants répondant aux besoins.

       1.1 Analyse fonctionnelle du produit 

Pourquoi le produit existe-t-il ?

Parce que l'on souhaite rouler en se sentant en sécurité

Pour quoi le besoin existe-t-il ?

Permettre aux utilisateurs d'être visible de côté

Qu’est ce qui pourrait le faire évoluer ?

Mise en place de nouveaux systèmes d’éclairage

La forme et géométrie des moyens de transport

Qu'est ce qui pourrait lefaire disparaître le produit ?

Les lois, les dimensions et matériaux utilisés, un système d'éclairage intégré sur le véhicule, le mode de transport...

Le besoin est-il validé ?

Au vu du nombre de plus en plus important d'utilisateur de trottinettes électriques et plus généralement de véhicules à empreinte carbone nulle le besoin est totalement justifié.

       1.2 Diagramme des interactions extérieures

Fonctions contraintes :

  • Fc1 = s'adapter aux morphologies des différents véhicule
  • Fc2 = Plaire à l'utilisateur
  • Fc3 = résister aux conditions climatiques
  • Fc4 = respecter les normes et les réglementations
  • Fc5 = avoir un prix raisonnable

Fonction principale :

  • Fp1 = Faire en sorte que l'on soit visible de côté

 

       1.3 Cahier des charge

Fonctions Critères Niveaux d'éxigence
Fp1 Faire en sorte que l'on soit visible de côté Luminosité Il faut au moins que l'objet puisse réfléchir la lumière de côté
Fc1 S'adapter aux morpholiges des différents véhicules Taille, masse Limiter la masse à une centaine de grammes, s'adapter facilement aux morphologies tubulaires
Fc2 Plaire à l'utilisateur Formes, couleurs, matériaux Utiliser des matériaux plastiques
Fc3 Résister aux conditions climatiques Température, humidité Température allant de -20°C à 50°C
Fc4 Respecter les normes et les réglementations Dimension, sécurité, compatibilité  
Fc5 Avoir un prix raisonable    

       

       1.4 Etat de l'art

L’état de l’art nous a permis de nous inspirer des techniques d’encastrement démontable classique existant sur de nombreux de produit. En revanche, cela a également mis clairement en évidence le manque de polyvalence, que cela soit en terme de mise en situation des produits ou en terme d’utilisation (unilatérale).

Voici une liste non-exhaustive de brevet ayant un rapport avec notre sujet ainsi qu'un exemple:

SOURCE : https://bases-brevets.inpi.fr/fr/accueil.html

https://bases-brevets.inpi.fr/fr/document/FR2870201.html?s=1581927824639&p=5&cHash=ffc5b628355d71cb0fb208cefea34218 

https://bases-brevets.inpi.fr/fr/document/FR2915955.html?s=1581927824639&p=5&cHash=a510fc57fdae9a74eb1e47696fc77ddd

       2. Choix de conception

Suite à l'état de l'art on a référencé aucun objet permettant d'être flexible dans son utilisation, c'est à dire pouvant s'adapter à un vélo ou à une trottinette, nous avons donc choisi de concevoir quelque chose de polyvalent aussi bien dans le besoin qu’il peut apporter à l’utilisateur que dans sa capacité à se fixer sur différents véhicules (trottinettes, vélos…).

Cette démarche nous a ainsi conduit à concevoir deux pièces, mâle et femelle, l’intérêt étant de permettre à l’utilisateur de changer la fonction de l’objet en modifiant la partie mâle et de changer l’endroit sur lequel il veut le fixer en modifiant la partie femelle (si l’accroche n’est pas d’ores et déjà suffisante). Dans un premier temps on a decidé que la pièce mâle permettrai de porter un gourde d'un litre.

 

      Croquis pièce femelle                                                     Croquis pièce mâle

Les deux croquis ci-dessus ont été les premiers dessins du concepte, les deux pièces sont équipées d'un dispositif réfléchissant afin de renvoyer la lumière générée par les autres véhicules, cette solution nous semblait plus adaptée que l'utilisation de led pour les raisons suivantes:

  • économiques
  • environnementales
  • pratiques

Ce dernier point est très important, en effet, bien que les led aient une capacité à générer de la lumière plus importante qu'un dispositif réfléchissant, elles restent néanmoins moins polyvalentes dans leurs capacitées à gérer l’énergie lumineuse. Autrement dit, l’intérêt principal dans l’utilisation de lumière de côté est d’être visible de nuit dans des croisements ou par tous véhicules sur une route transverse à celle que l’on empreinte, or l’utilisation de led reste moins flexible puisque ces dernières restent allumées une fois que l’on a décidé de les utiliser. Une solution pourrait alors être de mettre un capteur de lumière qui détecte à quel moment on doit allumer les led ce qui augmenterai le prix de l’objet à concevoir.

Au départ le dispositif réfléchissant que l'on souhaitait utiliser aurait simplement été de coller des bandes réfléchissantes autour de la pièce mâle et femelles. Seulement, les deux pièces étant de géométrie cylindrique les rayons lumineux se seraient dispersés, un rayon venant de côté aurait très bien pu être réfléchis ver le haut ou le bas selon la zone sur laquellle le rayon induit aurait tapé la surface. Ainsi, une géométrie de surface adaptée a due être pensé, on s'est donc penche sur le système de catadioptre

       2.1 Dispositif catadioptrique

Le dispositif usuel de tout cycliste en terme de réflection lumineuse est la catadioptre, composé de trois surfaces réfléchissantes à 90° cette géométrie permet aux rayons lumineux réfléchis de repartir dans la même direction que le rayon induit:

 

Seulement cette géométrie anguleuse ne nous plaisait car elle ne respecte pas la frome arondie de la pièce mâle et femelle, ainsi on a décidé d'utiliser une autre forme géométrique appropriée à la réflection lumineuse et au disign des esquisses. On a donc choisi d'utiliser une forme de demie sphère de deux millimètres de diamètre avec un espacement entre chaque trous de 0,5 mm afin de capter un maximum de lumière dans les réflecteur (forme sphérique). Cette géométrie s'inspire de la forme de la rétine des chats (tapetum lucidum), en effet cette dernière est de forme sphérique et tapissée d'une mebrane réfléchissante rendant leurs yeux particuliairement visible lorsqu'on les éclaire la nuit.

 

Une fois la géométrie créée, et les pièces imprimées/injectées, on recouvrira la surface d'une peinture réfléchissante. Néanmoins l'ajout de toutes ces petites cavités complexifient grandement le moule d'injection puisque cela crées de la contre-dépouille. Nous nous sommes ensuite interessé au choix du matériau

       2.2 Choix du matériau

Le choix du matériau s'est éffectué en déterminant plusieurs critères à respecter et en appliquant un coefficient de podération sur ces derniers. Une moyenne a ainsi permis de départager les différentes matières mis en compétition.

 

Le choix du matériau nous a permis de définir quelques valeurs essentiel au dimensionnement des pieces tel que le module d'young, la résistance élastique ou encore le coéfficient de frottement sec. Dans la partie suivante on se penchera donc sur le choix de conception de l'encastrement démontable et son dimensionnement.

       2.3 Choix d'un encastrement démontable et dimensionnement

L’idée a été de trouver dans un premier temps la manière d’encastrer la pièce femelle et la pièce mâle de façon ergonomique mais aussi en pensant à une conception industrielle dans l’optique de fabriquer la pièce en injection. Notre choix s'était porté (voir deux esquisses du dessus) dans un premier temps sur un système d'encastrement composé d'une fente permettant de centrer les deux pièces, d'un large appui plan et d'un maintient en position assuré par une petite rainure. Seulement, jugé trop "flottant" et complexe on a décidé d'encastrer les deux pièces ensemble avec un système de clipsage. Ainsi, l'encastrement s'assemble de la manière suivante: la mise en poition est assurée par un appui plan, un centrage, et le maintient en position se fait par obstacle et adhérance

De plus, un dimensionnement nous a permis de déterminer les dimensions minimales des sections à respecter et de calculer l'effort d'enfoncement du clips. Ainsi, le premier calcul effectué permet de minorer la surface (bxc) et la surface (hxb):

Pour les deux dimensionnement on se place dans le cas le plus défavorable, soit un poids supporté d'environ un kilogramme, on prend un coefficient de sécurité s de 4 et un resistance élastique de 34 Mpa (ABS) :

 

 

On trouve 0,6 mm2 pour la surface Shb. Les dimensions chosies pour nos pièces sont les suivantes, Sbc=18 mm2 et Shb=9 mm2

Dans un deuxième temps on calcule l'effort que doit exercer l'utilisateur pour faire rentrer le clips, on prendra H=1 mm, E= 2030 Mpa (ABS), l=15 mm, u=0,4 (coefficient de frottement ABS/ABS), a= 45° (angle d'inclinaison alpha).

Une force de 56,84 newton doit être exercée pour monter l'encastrement, ce qui semble clairement réalisable à la main. La derniere étape que l'on va aborder consiste à déterminer l'amplitude de l'accroche tubulaire (encastrement démontable entre l'assemblage et le véhicule).

       2.4 Amplitude d'accroche

Pour calculer l'amplitude d'accroche, la démarche va consister à assimiler une demie accroche à une poutre de section carrée soumise à un effort linéique Q, ensuite l'objectif sera de trouver l'expression analytique de la flèche en fonction de l'action linéique de serrage Q. On pourra ainsi en déduire l'effort linéique développé en fonction du diamètre du tube d'accroche. Dans un premier temps, voici les dimensions générales de la pièce femelle:

 

On utilIse le théorème de castigliano afin de déterminer la flèche de la poutre, L est la longueur d'arc, Iz est le moment quadratique suivant z, Q la charge linéique, E le module d'young de l'ABS et alpha le décalage angulaire entre les deux repères au point B:

 

 

Ensuite, on exprime la force linéique Q en fonction du diamètre du tube et de la distance entre les les deux clips: 

 

On obtient alors:

 

 

Il faut ensuite projeter en utilisant la loi de coulomb, de plus, si l'on travaille en arrachement il faut également projetter le vecteur er suivant la direction d'arrachement, un travail de géométrie et une résolution conséquente s'est donc imposé (voir annexe). On trouve alors les deux courbes suivantes donnant la force de glissement Fg, cette dernière représente l'effort maximale dans le sens de glissement que l'on peut imposer au clips en fonction du diamètre du tube sur lequel il est accroché. Puis Fa, l'effort d'arrachement représentant la force maximale que l'on peut imposer en arrachement au clips en fonction du diamètre du tube. Ces deux courbes vont donc nous permettre de donner une amplitude théorique de diamètre convenant au clips modélisé.

 

Le seuil maximale en diamètre est donné par une condtion géométrique, en considérant un éffort maximum de 10 N, on trouve donc un diamètre minimum du tube de 33 mm, l'amplitude théorique d'accroche est donc de [33,41] (mm). 

 

       3. Prototypage et misen en situation

       3.1 Prototypage

Les deux pièces pourront être créées dans un premier temps en impression 3D, voici le modèle 3D final des deux pièces accompagné de leur dessin de définition:

 

     

       

 

       3.2 Mise en situation

       L'étude théorique précédente nous a permis de trouver une amplitude d'accroche, on peut donc fixer l'assemblage sur des tubes de dimension suivante [33,41] mm. Ainsi, l'ensemble des partie rouges peuvent être utiliser afin de servir de support.

 

 

       4. Conclusion

 

 

ANNEXE

 

       2.4 Amplitude d'accroche

       2.4.1 Diamètre minimale

       Détermination du moment en X:

    

On néglige l'énergie de déformation due au cisaillement, on calcule ensuite l'énergie de déformation due à la flexion, puis on dérive cette quantité par l'effort virtuel F (qui est nul par définition). On retombe alors sur les equations écrites plus haut:

 

En glissement il ne reste plus qu'a multiplier la charge linéique par la longueur de l'arc puis par le facteur de frottement plastique/acier pour trouver l'effort résistant au glissement, seulement en arrachement selon la position de la force moyenne, les projections ne sont pas les mêmes. Le but est donc dans un premier temps de calculer la longueur notée x (entre les points B et Cc) en fonction du diamètre du tube en utilisant le théorème d'Al-Kashi sur l'angle phi (constant), on obtient alors le trinome du second degré:

On trouves les racines en utilisant uné résolution numérique, on calcule ensuite l'angle psi en fonction des valeurs des racines du polynome précédent. Enfin il suffit de projetter l'effort moyen Fmoy et l'effort tangent au cercle (fait intervenir le coefficient de frottement) suivant ey. On trouve alors l'effort d'arrachement en fonciton du diamtètre du tube.

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Espace Membres

  • over a year ago

Newsletter

Inscrivez-vous à notre newsletter...

Email: