home trainer plan directeur de projet

Home trainer

Plan directeur de projet

Version 1

25/10/2012

Membre de l’équipe :

GUO Chengcheng

HUANG Chaoxiong

Binôme : 19

Tuteur technique : David AUDIGIER

Tuteur humanité : Hervé ROUTON

HRO

Note

Bon travail !

PRT 13: Home trainer. Binôme :19 Plan directeur du projet

GUO Chengcheng HUANG chaoxiong Page 1/23 4GE3

Sommaire

1. Introduction.………………………………………………………..…….2

2. Cahier des charges fonctionnel……………………………………3

2.1 Approche marché…………………………………………..…..3

2.2 Positionnement visé……………………………………………3

2.3 Analyse fonctionnelle externe…………………..…….….4

2.4 Analyse de la concurrence………………………….……….8

2.5 Principes technologiques imposé……………….…..….11

3. Démarche et développement……………………………………..12

3.1 Phasage du projet…………………………………….………..12

3.2 Choix de conception…………………………………………..14

3.3 Organigramme technique…………………………………..19

3.4 Organigramme des tâches………………………………….19

4. Organisation…………………………………………………………..….20

4.1 Planning Gantt…………………………………………….…….20

4.2 Jalons de fin de phase………………………………….…….20

4.3 Analyse préalable de risques avec plan d'action…22

5. Conclusion………………………………………………………………….23



1. Introduction

Dans le cadre de notre cursus en 4e année de Département Génie Electrique de INSA

de Lyon, nous allons faire un projet dénommé PRT (Projet de Réalisation Technique),

celui-ci étant faut en équipe de 2 étudiants.

Nous allons étudier et concevoir un « home triner » permettant de reproduire les

conditions de pratique du vélo sur la route, et d’afficher à l’utilisateur une multitude

d’informations.

Ce document est un plan direction qui explique la finalité de l’orientation de gestion

du projet. Il contient tout d’abord le cahier des charges détaillé de notre projet, puis

présente notre démarche de développement ainsi que l’organisation du projet sur le

semestre.



2. Cahier des Charges Fonctionnel

2.1 Approche marché

Notre produit, home trainer, est un appareil permettant les personnes d'utiliser son

propre vélo pour s'entraîner chez elles lorsque les conditions climatiques ne

permettent pas de le faire à l'extérieur.

En fait, l'entraînement sur home trainer est plus efficace que sur route. Il n'y a pas de

descentes ni de moments de relâche. Une demi-heure de travail correspond

approximativement à 1 heure de vélo sur route.

Peu encombrant, simple d'utilisation, ne demandant aucune préparation spécifique,

l'home trainer facilite par ailleurs les séances en hiver quand la tombée de la nuit ou

la température extérieure rendant une sortie difficile. Toutes les cyclistes

professionnelles ou amateurs peuvent s'équiper d'un home trainer.

2.2 Positionnement visé

En prenant en compte que nos ressources limitées et les concurrents cités ci-dessous,

nous ciblons plutôt les personnes qui souhaitent s'entraîner chez eux que les

gymnases.

La meilleure approche sera alors de faire valoir un meilleur prix de notre produit et

tous les fonctionnements essentiels à la demande.



2.3 Analyse fonctionnelle externe

2.3.1 Schéma de besoin

Nous traçons la bête à cornes en ci-dessous afin d'expliciter l'exigence fondamentale

qui justifie la conception de notre produit.

2.3.2 Diagramme pieuvre

Selon la définition du besoin du client, nous identifions les relations existantes entre

notre produit et son environnement afin d'identifier les fonctions de service, qui

permettent de satisfaire les besoins.

HRO

Note

Test de robustesse du besoin ?



Nous utilisons le diagramme pieuvre pour les présenter:

Etant donnés:

-un vélo.

-l'utilisateur.

Home trainer est un dispositif dont les finalités sont de:

-FP1: Choisir la couple de résistance imposée à la roue arrière de vélo.

-FP2: Afficher à l'utilisateur la puissance consommée, le temps écoulé,

le programme choisi, le battement de coeur , etc.

Les contraintes à respecter sont:

-FC1: Diminuer le bruit du moteur de home trainer.

-FC2: Être à un tarif adorable.

-FC3: Être mu par l'utilisateur quand il veut ranger l'équipement.

-FC4: Ne pas être encombrant.

HRO

Note

Ne pensez-vous pas qu'il est nécessaire de prévoir un support ?

HRO

Note

Y a-t'il besoin d'une alimentation électrique ?

HRO

Note

2 autres FP sont nécessaires (c'est l'objet du support) : FP3 -mettre la roue du vélo en contact avec le home trainer FP4 - Tenir le vélo immobile avec l'utilisateur dessus pendant l'entraînement

HRO

Note

FC 5 : Recevoir de l'énergie d'alimentation électrique FC 6 : présenter une ergonomie compatible avec le type d'utilisateur



Les performances sur les fonctions sont:

Fonction Critère Niveau Flexibilité

FP1

Nb de boutons 4 minimum

Choix du moteur Machine à

courant continu - Rayon rouleau 10cm (diamètre)

FP2

Taille écran 4,5pouces ± 5%

Nb de type

d'information

à afficher

4

minimum

Nb de

microcontrôleurs

1 -

Nb de capteurs 2 -

Dimension de

carte mère

20cmx30cm ± 5%

FC1 Niveau du bruit 40 dB ± 10%

FC2 Prix 100€ ± 10%

FC3 Poids <30kg -

FC4 Volume <50cmx20cmx30cm -

HRO

Note

Le choix du moteur n'est pas un critère de performances, mais un choix de construction pris en phase de conception Idem pour le rayon du rouleau, la taille de l'écran, le nb de microcontrôleurs, le nb de capteurs



Cycle de

production Livraison

Dépannage /

maintenance /

réparation

Renouvellement

du personnel

Traitement des

déchets

2.3.3 Cycle de vie d'utilisation

a) Cycle de production: développement du circuit hacheur et du programme du

microcontrôleur.

b) Livraison: installation du moteur, du hacheur série, avec la carte mère et des

boutons poussoirs, de l'écran.

c) Utilisation: essai par l'utilisateur en pédalant une bicyclette et en choisissant un

programme d'entraînement.

d) Dépannage/ maintenance/ réparation: contrôle régulier du fonctionnement de

la carte électronique; rechange des pièces défectueuses et mise à jour du

programme.

e) Renouvellement du personnel: travail aisément réutilisable par les autres au

cours des années.

f) Mise en destruction: pièces démontées de la carte électronique pour être

collectées par des centres de recyclage.

g) Traitement des déchets: pris en charge par des entreprises spécialisées

conformément aux codes respectifs du point de vue écologique.

Utilisation

Mise en

destruction

HRO

Note

Et le rangement ?

HRO

Note

Et l'installation du système home trainer avec le vélo ?



Tacx Rouleau

Antares T1000

Prix : 199€

2.4 Analyse de la concurrence

Les homes trainers dans le marché sont assez chers. Les marques les plus connues de

home trainer sont Elite et Tacx. Elles offrent un large choix de modèles et de types.

Il existe différents types de home trainer disponible en magasin de vélo en fonction

de l'utilisation et du budget.

Type 1: Les rouleaux

Cette méthode s'adresse néanmoins à des utilisateurs avertis. En pratiquant

l'entrainement sur des rouleaux, l'utilisateur pourra ainsi pédaler à allure libre et, par

conséquent, améliorer la coordination et la technique.

Grâce aux lourds rouleaux coniques, l'utilisateur ne risque pas d'être éjecté du banc

de rouleaux. Pratiquer le vélo en sur place sans fixation demande une concentration

maximale et développe le sens de l'équilibre.



Tacx Booster

T2500

Prix : 329€

Type 2: Le cyclotrainer

Cet appareil est un home trainer classique qui offre une possibilité restreinte de

changements de freinages. Le cyclotrainer offre généralement 5 à 10 positions de

freinages disponibles.

Le cyclotrainer est un appareil classique et très simple d'utilisation. Il convient

parfaitement pour les personnes souhaitant s'entrainer en intérieur à moindre coût

et sans complexité de mise en place.

Ces appareils possèdent un système de freinage très puissant mais basique et peu

progressif. Le freinage de la roue se fait par frein magnétique ou hydraulique.



Elite Supercrono

Wireless Elastogel

Prix : 459€

Type 3: L'ergotrainer

L'ergotrainer est un home trainer plus sophistiqué. Il intègre de l'électronique dans la

gestion du freinage. L'utilisateur pourra ainsi gérer plus finement les différentes

phases de freinage et donc appliquer des plans d'entraînement plus précisément.

Il offre la possibilité d'injecter des programmes depuis l'ordinateur avec des durées,

de difficultés et de kilomètres.

L'avantage de l'ergotrainer est que la personne possède une multitude

d'informations qui s'affichent sur le tableau de bord: cadence de pédalage, vitesse,

distance etc.



Type 4: Virtual Reality trainer /Home trainer virtuel

Ce système est virtuel car des films de paysages ou images de synthèse peuvent être

achetées et défileront au fur à mesure de séance. La personne pourra également

choisir une des séances types proposées et suivre celle-ci via une vidéo reconstituant

le parcours sur l'ordinateur.

Au niveau sensations, la réalité est bien imitée, reproduisant ainsi le pourcentage de

la pente du parcours sur lequel vous évoluez.

2.5 Principes technologiques imposé

Pour la réalisation de notre projet «home trainer », nous avons une grande liberté, et

un large choix des technologies, “rien ” n’est imposé.

Le détail de technologies utilisées sera décrit dans la partie choix de conception.

Prix > 1000€

HRO

Note

Vous auriez pu vous intéresser au vélo d'intérieur qui sont une concurrence indirecte



3. Démarche et développement

3.1 Phasage du projet

Pour la réalisation du projet, nous séparons la phasage en 6 étapes en utilisant le

modèle classique en “cascade” :

3.1.1 Emergence et opportunité

Objectif:

Ce projet est pour objectif de concevoir et de réaliser un home traîneur du vélo.

Ce produit nous permet de faire la simulation de course cycliste chez nous.

Le détail de fonctionnement est décrit dans la partie cahier des charges précédente.

Organisation :

Équipe de deux élèves de 4GE et un tuteur technique.

Durée :

Le projet dura un semestre.

Clientèle visé :

Notre produit s’adresse à tous ceux qui veulent faire du vélo chez ceux à tout

moment et à toute condition climatique.

EMERGENCE

CONCEPTION

DEVELOPPEMENT

DEFINITION

INDUSTRIALISATION

LANCEMENT

HRO

Note

Oui mais pas la phase d'émergence opportunité qui est plus courte

HRO

Note

Définition est une partie qui intervient en début de la phase de développement.



3.1.2 Conception

Dans cette phase, nous devons faire :

L’étude du produit existant.

Les propositions d’amélioration.

La réalisation du cahier des charges fonctionnel.

3.1.3 Développement

Dans la phase de développement, nous fabriquerons le prototype de notre produit

en utilisant les composants qui sont fournis et que nous avons commandés. De plus,

nous le testerons sous les conditions limites de notre cahier des charges.

3.1.4 Définition

Cette phase concerne principalement la validation des composants choisis ainsi que

leur commande. D’autres composants qui sont présents dans la salle de PRT(les

résistances et les condensateurs etc.) et de TP ETEP(le moteur électrique etc.)

pourront aussi être utilisés.

3.1.5 Industrialisation

La phase d’industrialisation permet de réaliser l’ensemble des travaux nécessaires à

la création d’une version « cible » de chaque objet. Au cours de cette phase

plusieurs lots peuvent être traités en parallèle, le traitement de chacun d’eux

comportant trois étapes réalisées successivement.

Préparation : il contient l’extraction des objets constituant le lot à partir des

bibliothèques de production, la constitution du référentiel du lot et le mesure

de la couverture du jeu de test.

Transformation : il contient la transformation des sources, des procédures et

des données (fichiers, tables).

Validation : il contient les tests du produit, il faut faire attention à : la fiabilité,

la robustesse, l’efficacité, le débogage, etc.

3.1.6 Lancement

Après avoir validé l’étape d’industrialisation, il faut commencer le lancement de

production et la livraison du produit.

HRO

Note

Le cahier des charges fonctionnels doit terminer la phase d'émergence opportunité. Sur sa base on choisit les solutions de conception

HRO

Note

Comment fabriquer un produit qui n'est pas défini ? Voir remarque ci-dessus, la définition est incluse dans le développement.



3.2 Choix de conception

La partie la plus importante de notre projet est de concevoir la partie électrique

de « home trainer ».

Dans ce « home trainer », la rotation du galet qui est en contact avec la roue arrière

du vélo est entraînée par une machine à courant continu, et la machine à courant

continu est alimentée par un hacheur abaisseur (hacheur série). Le hacheur est

commandé par un microcontrôleur, et il y a un écran LCD qui affiche la puissance

consommée.

Le montage du circuit hacheur+machine à courant continu est donné ci-dessous :



3.2.1: Machine à courant continu :

La MCC fonctionne en génératrice afin que le galet crée un couple résistant dont le

sens est inverse au sens de rotation de la roue arrière du vélo.

La puissance de MCC doit être supérieure à 600 Watts.

Calculs préliminaires :

1) Soit la masse de cycliste+vélo : M ≈80kg

Coefficient de frottement de la terre : u≈0,02

Vitesse moyenne V≈ 5m/s

Puissance≈ umg*V=0,02*80*10*5 W= 80 Watts

On fixe alors la puissance minimale à 50 Watts, qui est la puissance de la

phase de réchauffement.

2) Lors des CLM de l’Alpe d’Huez en 2004 et de Chamrousse en 2001, Lance

Armstrong a eu une puissance de 484,1 Watts.

(Record du monde : 506Watts pour CONTATOR à Verbier.)

On fixe alors la puissance maximale à 500 Watts, qui est la puissance de la

phase de contrainte maximale.

Vu que les M.C.C ont un rendement d’environ 80%-85%, la puissance du

moteur qu’on va utiliser doit être supérieure à 600W.

Pour l’instant, nous avons décidé d’utiliser la machine à courant continu qui est

présent dans la salle PRT, d’où les caractéristiques sont données par la photo

ci-dessous :

HRO

Note

Le pneu de la roue n'est plus en contact avec la terre. A-t'on le même coefficient de frottement avec le galet ???

HRO

Note

Votre calcul est-il juste ? Sur route plate, le vélo-cycliste pédale pour vaincre 3 types d'effort : - le frottement pneu / route - la résistance de pénétration dans l'air - les frottements de la mécanique de son vélo Parmi ces facteurs vous avez ce qu'il faut simuler au minimum Dans la home trainer quels sont les écarts ? Le poids du cycliste (mg) intervient en côte sous forme d'énergie potentielle mgz



3.2.2 : Hacheur série

Le hacheur série est employé pour commander la machine à courant continu. La

vitesse d’une telle machine est proportionnelle à la tension d’alimentation et au

rapport cyclique.

𝐸0 est une entrée continue. Avec l’interrupteur K qui est contrôlé par un

microcontrôleur que l’on détaillera après, on peut réaliser une entrée carrée avec un

rapport cyclique 𝛼, avec =𝑇ON

𝑇 .

Loi de maille : uS=uL+uM

On passe aux valeurs moyennes : 𝑢𝑆̅̅ ̅ = 𝑢𝐿̅̅ ̅ + 𝑢𝑀̅̅ ̅̅

Comme pour un signal périodique : 𝑢𝐿̅̅ ̅ = 0

Nous obtenons pour une MCC : 𝑢𝑀̅̅ ̅̅ = 𝐸 = 𝑢𝑆̅̅ ̅ = 𝛼 ∗ 𝐸0

Finalement la f.é.m. du moteur et donc la vitesse peuvent être régler grâce au

rapport cyclique par la relation : E = 𝛼U

Remarque : Pour un bon fonctionnement du moteur, il est préférable que le courant

soit le plus régulier possible, d’où la présence d’une bobine de lissage. Si son

inductance est suffisamment grande, on pourra considérer le courant comme

constant (∆iM ≈0).



3.2.3 Microcontrôleur

Pour le choix de microcontrôleur qui commande l’interrupteur du Hacheur, nous

n’avons pas encore fait assez d’études nécessaires. Pour l’instant, nous avons décidé

d’utiliser le microcontrôleur PIC 16F887 de Microchip qui est présent dans la salle

PRT, et que nous avons déjà utilisé pendant le TP IF2 et IF3.

A. Plateforme de prototypage

La plateforme de prototypage (figure 1) est basée sur un kit fournit par MICROCHIP.

C’est sur cette carte que se trouve le PIC 16F887, sachant que cette plateforme est

compatible avec d’autres références de PIC selon le besoin.

On trouve sur cette carte, les éléments suivant :

– un emplacement pour le soudage d’un microcontrôleur PIC-44PIN FAMILY,

– 1 bouton poussoir,

– 1 potentiomètre délivrant une tension variable sur une des entrées du

microcontrôleur,

– 8 LEDS.

Figure 1: Photo de la plateforme de prototypage

B. Kit MPLAB PICKIT 3

Le module PICkit3, "In Circuit Debugger (ICD)", permet de programmer et de

déboguer un microcontrôleur PIC via le logiciel MPLAB IDE ou tout autre logiciel

compatible avec l’ICD.

Ce kit est composé :

– d’un module PICkit3 (Figure 2) contenant l’électronique de communication,

– d’un câble USB permettant la communication entre le bloc rectangulaire et le PC.

Le module PICkit3 servant d’interface entre le PC et la cible, c’est à ce kit de

deboguage/programmation que l’on vient connecter la "cible" (plateforme de

prototypage).



Figure 2: PICkit3 "In-Circuit-Debugger"

C. Logiciel MPLAB de Microchip

Il s’agit de l’environnement informatique de développement pour PIC fourni par le

constructeur Microchip. Il est gratuitement téléchargeable.

Le logiciel MPLAB permet :

– d’éditer le code assembleur (reconnaissance des instructions),

– de compiler le code (le lier à des librairies si besoin),

– de simuler le comportement d’un PIC : ceci permet de tester le bon

fonctionnement d’un programme par simulation (débogage),

– de piloter des outils de développement supplémentaires comme MPLAB ICD 2,

PICKITx,

et bien d’autres fonctionnalités encore.



3.3 Organigramme technique

Home trainer

Produit Emballage SAVDocumentation

Alimentation

électrique

Affichage LCD

Notice d'utilisation

Rapport du projet

Notice de reparation

Nomenclaturedes pièces

Norme et sécurité Chronomètre

Commande

Algorithme de calcul

Réseau SAV

3.4 Organigramme des tâches

Projet PRT

Emergence Réalisation Management ProjetConception

Analyse du besoin

Choix du projet Choix de conception

Dimensionnement des composants

Etude du produit

existant

Réalisation de la partie électrique

Réalisation de la partie mécanique

Développement

Réunions

hebdomadaires

Planning GANNT

Test

Matériel

Programme

Création équipe projet

Définition Cdc F

Analyse du besoin

Spécifications Techniques

Commande des composants

Réalisation Cdc F

Suivi du projet

HRO

Note

Elle manquait bien dans l'analyse fonctionnelle

HRO

Note

Et le support ?

HRO

Note

C'est bien de l'avoir mis là, mais vous n'êtes en cohérence avec votre § 3.1



4. Organisation

4.1 Planning Gantt

ID Nom de tâche Duréesept. 2012 oct. 2012 nov. 2012 déc. 2012 janv. 2013

16/9 23/9 30/9 7/10 14/10 21/10 28/10 4/11 11/11 18/11 25/11 2/12 9/12 16/12 23/12 30/12 6/1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

28jÉmergence

10j Analyse du besoin

5j Recherche bibliographique

15j Étude de marché et analyse des concurrences

12j Définition des fonctionnalités et des contraintes

35jConception

9j Choix de conception

10j Conception du circuit électrique

10j Conception de la partie mécanique

8j Dimensionnement des composants

21jRéalisation

10j Commande des composants

7j Câblage de la partie électrique

7j Câblage de la partie mécanique

7j Programmation du "menu"

7jDéveloppement

3j Amélioration de performance

4j Amélioration de rendement

7jTest

3j Test de fonctionnalité en situation réel

4j Mesure de puissance et vérification

14jRédaction

14j Rédaction du mode d'emploi

14j Rédaction du rapport PRT

14j Préparation de la soutenance

4.2 Jalons de fin de phase

Phase Date limite

Émergence 14/10/2012

Conception 18/11/2012

Réalisation 09/12/2012

Développement 16/12/2012

Test 23/12/2012

Rédaction 06/12/2012



4.3 Analyse préalable de risques avec plan d'action

Phase projet : Emergence, et

sur le projet général

Nature de ressource

N ̐

Défaillance

Potentielle

Occ

urr

ence

Gra

vité

Cri

tici

té

Action ou résolution

Responsable

Délai

1 Mauvaise

compréhension

du sujet

3 5 15 RDV avec le tuteur Tous 3 jours

2 Mauvaise

organisation ou

répartition

des tâches

3 3 9 Réunion

hebdomadaire

Tous 3 jours

3 Manque de temps 5 5 25 Réaffectation des

tâches, et donner la

priorité aux tâches

les plus importantes

Tous 5 jours

4 Communication

défaillante

3 15 45 Réunion

Hebdomadaire

Tous 5 jours

5 Blocage aux

tâches critiques

3 15 45 Ouvrage,

site Internet,

ou RDV avec

les enseignants

Tous 10 jours

6 Indisponibilité

du personnel

3 5 15 Réaffectation

des tâches

Tous 5 jours

7 Manque de

motivation

3 3 9 Réaffectation

des tâches, bonne

communication

Tous 5 jours



Phase projet : Conception et Définition Nature de ressource

N ̐

Défaillance

Potentielle

Occ

urr

ence

Gra

vité

Cri

tici

té


Responsable

Délai

1 Non maîtrise des

technologies

essentielles

(dans différents

domaines)

5 15 75 Ouvrage,

sites Internet,

ou RDV avec

les enseignants

Tous 7 jours

2 Difficulté de la

recherche de

montage

3 5 15 Demande de l’aide

sur Internet, ou

aux enseignants

Tous 5 jours

3 Idée non validé

lors la simulation

3 5 15 Rechercher un

nouveau montage,

et RDV avec les

enseignants

Tous 3 jours

Phase projet : Réalisation Nature de ressource

N ̐

Défaillance

Potentielle

Occ

urr

ence

Gra

vité

Cri

tici

té


Responsable

Délai

1 Indisponibilité des

composants/

équipements

3 5 15 Commander, ou

trouver les pièces

de remplacement

HUANG 5 jours

2 Composants

défectueux

3 5 15 Commander un

autre, ou trouver

les pièces de

remplacement

GUO 5 jours

3 Difficulté dans la

programmation du

microcontrôleur

5 5 25 Demande de l’aide

auprès des

personnes qualifiées

Tous 7 jours



5. Conclusion

Dans ce document, nous avons présenté notre sujet, et défini notre cahier de charge

fonctionnel, la démarche de développement, et l’organisation de notre projet

« Home trainer ».

Après avoir analysé les besoins du marché et les contraintes, nous avons établi le

diagramme pieuvre de notre produit. Ensuite, en prévoyant les différentes tâches,

nous avons organisé un planning détaillé qui nous aidera à la gestion du temps du

projet. Enfin, nous avons analysé les différents risques possibles pendant la

réalisation du projet, et nous avons établi le plan d’action pour les différentes

situations.

Nous avons donc confiance en nous de réaliser ce projet.

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