Trottinette Electrique — Commande par Pression

Presentation du systeme

Le systeme est une trottinette electrique commandee par pression des mains. La main droite controle l'acceleration et la main gauche controle le freinage. Des capteurs piezoresistifs integres dans les poignees detectent la force exercee par l'utilisateur. Un moteur a courant continu assure la propulsion et un servomoteur actionne le frein mecanique.

L'ensemble est pilote par une carte Arduino qui acquiert les signaux des capteurs, applique la logique de securite (freinage prioritaire) et commande les actionneurs en consequence.

Contexte

La mobilite urbaine electrique connait un essor considerable. L'ergonomie des commandes et la securite des utilisateurs sont des enjeux majeurs dans la conception des trottinettes electriques. Proposer une commande intuitive par pression des mains est une approche innovante qui doit garantir fiabilite et securite.

Problematique

Comment commander la vitesse et le freinage d'une trottinette electrique par la pression des mains, de maniere fiable et securisee ?

Chaine fonctionnelle

Les deux chaines de commande du systeme :

Main droite → Capteur piezoresistif → Arduino → PWM → Moteur CC (acceleration)
Main gauche → Capteur piezoresistif → Arduino → Signal → Servomoteur (freinage prioritaire)

Materiel necessaire

Element	Qte	Remarque
Trottinette electrique	1	Support d'etude
Carte Arduino Uno	1	+ cable USB
Capteur d'effort (piezoresistif)	2	Main droite + main gauche
Moteur a courant continu	1	Propulsion
Servomoteur	1	Commande de frein
Resistance 1KΩ	2	Pont diviseur
Resistance 10KΩ	2	Pont diviseur
Resistance 100KΩ	2	Pont diviseur
PC (Arduino IDE, SolidWorks, Matlab Simulink)	1/binome
Imprimante 3D	1	Fabrication des poignees
Multimetre	1	Mesures electriques

Guide seance par seance

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Comprendre le sujet

Decouverte de la trottinette et des capteurs piezoresistifs · 2h

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Decouverte du systeme 30 min

Observer la trottinette electrique : identifier les elements mecaniques et electriques
Reperer les zones de commande sur le guidon (acceleration, freinage)
Comprendre le principe d'une commande par pression

Principe des capteurs piezoresistifs 30 min

Comprendre le principe : la resistance du capteur varie avec la pression exercee
Plus la pression augmente, plus la resistance diminue
Mesurer la resistance du capteur au multimetre pour differentes pressions

Chaine fonctionnelle 30 min

Identifier les deux chaines de commande : main droite → acceleration, main gauche → freinage
Tracer la chaine d'information et la chaine d'energie completes
Identifier les actionneurs : moteur CC (propulsion) et servomoteur (frein)

Contrainte de securite 30 min

Comprendre la contrainte fondamentale : le freinage est toujours prioritaire sur l'acceleration
Si les deux mains pressent simultanement → freinage obligatoire
Reflexion sur les scenarios dangereux et les solutions de securite

Livrable : Schema fonctionnel du systeme + identification des contraintes de securite

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Analyse du besoin

Principes de detection et cahier des charges · 2h

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Deux principes de detection 30 min

Principe 1 : Detection par deformation d'un corps d'epreuve (jauge de contrainte)
Principe 2 : Variation de resistance par contact (capteur piezoresistif FSR)
Comparer les avantages et inconvenients de chaque principe
Justifier le choix du capteur piezoresistif pour cette application

Circuit pont diviseur de tension 30 min

Comprendre le montage pont diviseur avec le capteur
Formule : V = 5V × R_capteur / (R_fixe + R_capteur)
Tester avec differentes resistances fixes (1K, 10K, 100K)
Choisir la resistance optimale pour la plage de mesure souhaitee

Cahier des charges fonctionnel 40 min

Temps de reaction du systeme : inferieur a 100 ms
Securite : freinage toujours prioritaire sur l'acceleration
Progressivite : la commande doit etre proportionnelle a la pression exercee
Ergonomie : effort de commande adapte (ni trop faible, ni trop fort)

Mesures experimentales 20 min

Relever la tension de sortie du pont diviseur pour differentes pressions
Tracer la courbe V = f(Pression) pour chaque valeur de resistance fixe
Determiner la zone de fonctionnement optimale

Livrable : Etude comparative des principes + courbes experimentales + cahier des charges

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Conception

Conception des poignees sous SolidWorks · 2h

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Prise de cotes du guidon 20 min

Mesurer le diametre du guidon et la longueur disponible pour les poignees
Identifier les contraintes d'encombrement et de montage
Definir les cotes fonctionnelles pour le logement du capteur

Conception des poignees SolidWorks 60 min

Forme cylindrique ergonomique adaptee a la main
Logement integre pour le capteur piezoresistif
Passage des fils electriques vers l'interieur du guidon
Surface antiderapante (texture ou rainures)

Deux poignees identiques 20 min

Les deux poignees (droite et gauche) utilisent le meme modele 3D
Verifier la symetrie et l'interchangeabilite
Realiser la mise en plan avec cotation fonctionnelle

Export et preparation impression 20 min

Exporter au format STL pour impression 3D
Verifier les epaisseurs minimales (2 mm pour FDM)
Choisir l'orientation d'impression optimale

Livrable : Modele 3D des poignees + mise en plan + fichier STL pret pour impression

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Simulation

Simulation Matlab Simulink du systeme de commande · 2h

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Decouverte du modele Simulink 30 min

Ouvrir le modele Matlab Simulink fourni
Identifier les blocs : capteurs, logique de commande, actionneurs
Comprendre les entrees (pression main droite, pression main gauche) et les sorties (PWM moteur, angle servo)

Scenario 1 : Acceleration progressive 20 min

Simuler une pression progressive de la main droite
Observer la reponse du moteur CC (montee en vitesse progressive)
Verifier la proportionnalite entre pression et vitesse

Scenario 2 : Freinage d'urgence 20 min

Simuler un freinage brusque (pression forte main gauche)
Verifier que le moteur s'arrete et que le servo actionne le frein
Mesurer le temps de reaction du systeme

Scenario 3 : Deux mains simultanees 20 min

Simuler la pression des deux mains en meme temps
Verifier que le freinage est prioritaire (moteur coupe + frein actionne)
Valider la logique de securite du systeme

Comparaison simulation / reel 30 min

Comparer les resultats de simulation avec les mesures reelles (seances suivantes)
Identifier les ecarts et leurs causes possibles
Proposer des ajustements du modele

Livrable : Rapport de simulation avec courbes des 3 scenarios + analyse de la securite

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Programmation

Arduino : capteurs, moteur CC et servomoteur · 2h

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TP Servomoteur 20 min

Connecter le servomoteur a l'Arduino
Tester la commande d'angle avec la bibliotheque Servo.h
Definir les positions : frein relache (0°) et frein serre (90°)

Etalonnage des capteurs 30 min

Lire les valeurs analogiques avec analogRead() (0-1023)
Definir les seuils : repos (< 100), pression legere (100-500), pression forte (> 500)
Etalonner les deux capteurs independamment
Verifier la repetabilite des mesures

Commande du moteur CC par PWM 25 min

Connecter le moteur CC via un transistor ou un module driver
Commander la vitesse par PWM : analogWrite() (0-255)
Mapper la pression du capteur droit sur la vitesse du moteur

Integration avec logique de securite 45 min

Implementer la logique de priorite :
SI capteur gauche > seuil : STOP moteur + FREINER (servo)
SINON SI capteur droit > seuil : ACCELERER (PWM moteur)
SINON : moteur a l'arret, frein relache
Tester tous les cas : acceleration seule, freinage seul, les deux, aucun

Livrable : Programme Arduino complet avec logique de securite fonctionnelle

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Realisation & Tests

Montage final, tests et challenge · 2h

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Montage des poignees 30 min

Installer les poignees imprimees en 3D sur le guidon
Integrer les capteurs piezoresistifs dans leurs logements
Cabler les capteurs, le moteur CC et le servomoteur a l'Arduino
Verifier toutes les connexions electriques

Tests fonctionnels 30 min

Test 1 : Pression main droite → le moteur accelere progressivement
Test 2 : Pression main gauche → le servomoteur actionne le frein
Test 3 : Deux mains simultanees → freinage prioritaire (moteur coupe)
Test 4 : Relacher les deux mains → tout s'arrete

Challenge final 30 min

Parcours de test avec differentes situations de conduite
Evaluation de la reactivite et de la progressivite de la commande
Verification de la fiabilite du systeme de securite
Classement des equipes selon les criteres du cahier des charges

Presentation orale 30 min

Chaque equipe presente son travail (5-10 min par equipe)
Demonstration du systeme en fonctionnement
Analyse des resultats et propositions d'amelioration
Questions du jury et des autres equipes

Livrable : Prototype fonctionnel + rapport de tests + presentation orale

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Trottinette Electrique Commande par Pression