home trainer plan directeur de projet
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 -
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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
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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.
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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.
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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.
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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€
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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
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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.
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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 :
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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 :
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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).
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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).
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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.
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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
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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
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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
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Phase projet : Conception et Définition Nature de ressource
N ̐
Défaillance
Potentielle
Occ
urr
ence
Gra
vité
Cri
tici
té
Action ou résolution
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
Action ou résolution
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
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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.