La Voiture Autonome

 

Dans cette partie nous allons tenter de déterminer le plus précisément possible le temps de réaction du robot à notre disposition : Lego Mindstorm NXT qui sera assimilé à une voiture intelligente ou autonome.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Microprocesseur 32 bit ARM7 d’Atmel

• Brique intelligente programmable NXT 4 ports d'entrée et 3 ports de sortie

• connexions USB et Bluetooth

• trois servomoteurs interactifs

• Plusieurs dizaines de modèles de capteurs (quatre capteurs par boîte) : ultrason, son, lumière, contact, couleur, autodirecteur infrarouge, gyroscopique, infrarouge, accéléromètre, boussole... 

 

 

 

 

 

• NXT-G, le logiciel de programmation graphique, basé sur Labview compatible avec Windows et Mac

 

 

NB : Nous avons bien conscience que ce robot n’a pas les mêmes capacités que les voitures autonomes comme la Google car par exemple. En effet le système de notre robot est nettement moins performant mais les informations qu’il a à traiter lui sont proportionnelles.

 

 

A- Temps d’arrêt en fonction de la vitesse

 

Pour commencer nous allons tester la réaction du robot face à un obstacle en faisant varier la vitesse pour mesurer le temps d’arrêt. Si le temps d’arrêt ne change pas nous pourrons calculer directement le temps de réaction mais si ce temps change nous devrons poursuivre nos recherches. Nous avons émis l’hypothèse que le temps d’arrêt varie en fonction de la vitesse comme pour la voiture qui n’est pas automatisée.

 

 

Protocole expérience temps d’arrêt robot

 

Hypothèse

Le temps d’arrêt varierait en fonction de la vitesse.

 

Objectif

Calculer le temps d’arrêt du robot NXT, en fonction de sa vitesse.

                                  

Matériel

- Robot MindstormLegoNXT

- Logiciel Mindstorm

- Route graduée en centimètres et obstacle

 

Dispositif

Les mesures seront effectuées grâce à une route graduée en centimètre, pour placer précisément les obstacles afin de limiter les imprécisions.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nous ferons varier la vitesse, en changeant l'alimentation du moteur du robot (en pourcentage)

 

Pour cela, nous avons créé plusieurs programmes à l'aide du logiciel Mindstorm.

Dans le premier programme l’alimentation du robot sera à la moitié de sa puissance.

Voici le programme que nous avons détailler dans la partie Détail des protocoles :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Voici les vidéos de nos expériences : 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Résultats obtenus: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Par ces résultats notre hypothèse est vérifiée. A ce stade nous nous posons donc une autre question : à quoi est-ce dût ? Est-ce en lien avec temps de réaction ? Pour cela nous une analyse du temps d’arrêt est nécessaire.   

 

B- Analyse du temps d’arrêt

Voici un schéma d’analyse du temps de réaction que nous allons expliquer :

 

  

 

 

 

 

 

 

 

Pour déterminer le temps de réaction il nous faut donc calculer les données manquantes. 

 

1- le temps mis par les ondes pour effectuer un aller retour entre l’objet et le robot. 

l'obstacle se situe à 40 cm 

Produit en croix

                      0.4m=x sec

     vitesse du son : 340,29 m / s

                           x=1.1ms

Les ondes sonores mettent 1.1 ms à faire 40 cm.

 

2-analyse de l'ordinateur

Ce temps d'analyse est négligeable car le processeur est performant par rapport à l'information moindre à analyser.  

 

3- la transmission électrique par les fils

Cette transmission se déroule extrêmement vite car les fils sont très courts : 20cm à peine. ce temps est donc lui aussi négligeable.

 

 4–vitesse du robot pour l'intact sur le temps d'arrêt des moteurs et le temps de freinage

nous voulions calculer la vitesse du robot pour savoir si les 1 ou deux centimètres supplémentaires lors du freinage étaient dû au temps de réaction où au temps de freinage.

 

Hypothèse

La vitesse du robot est faible donc les centimètres supplémentaires ne sont pas liés au temps de réaction. En effet, le trajet des ondes et les étapes précédant l'arrêt des moteurs sont très courtes. Donc, si la vitesse du robot est faible il n'aura pas le temps d'avancer pendant le temps de réaction et les centimètres supplémentaires seront donc uniquement dû au temps d'arrêt.

 

Objectif

Calculer la vitesse du robot.

                                  

Matériel

- Robot MindstormLegoNXT

- Logiciel Mindstorm

- Route graduée en centimètres 

-chronomètre  

 

Dispositif

Pour calculer la vitesse du robot à 100% de son alimentation nous avons placé un repère au sol et nous avons mesuré 5m à partir de ce repère en suivant une trajectoire en ligne droite. Puis nous avons filmé le robot parcourant cette distance. A partir de ce film nous avons pu chronométrer  précisément (centième de seconde) le robot parcourant cette distance.     

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Nous obtenons :

 

 

 

 

Calcul de la vitesse du robot :

d en mètre

t en seconde

V=d/t

V=5.00/15.63=0.320 m/sec=1.15km/h

Une voiture qui roule sur l’autoroute va plus de 100 fois plus vite la vitesse de notre robot est donc faible.

 

L'hypothèse est donc vérifiée les 2cm supplémentaires sont uniquement dus à la vitesse du robot.

 

C-Réponse au problème de la partie : calculer le temps de réaction et interprétation.

 

Grâce à toutes ces informations nous en déduisons que le temps de réaction de notre robot est quasiment nul, presque instantané.

Comparé au temps de réaction du conducteur celui du robot est nettement inférieur. Cette « suppression » du temps de réaction est porteuse de nombreux avantages.

 

          Premièrement cela réduirait le nombre d’accidents : plus de 80 % des accidents sont dus à une erreur humaine. La voiture autonome permettrait de franchir un palier déterminant en matière de sécurité. La majorité des accidents sur la route sont liés au manque de temps pour effectuer un freinage d’urgence ou pour éviter un obstacle par exemple. Ce manque de temps  est la cause de la distraction du conducteur qui est en train de parler, de lire ses messages ou encore qui est ivre… en 2013, 3 268 personnes sont tuées sur la route et 514 300 sont blessées en France. Ces chiffres ne sont en aucun cas à prendre à la légère et l'apparition des voitures autonome semble être un solution intéressante. De plus dans les hôpitaux français, il y aurait 30 000 hospitalisations en moins ce qui équivaut à 4 milliards d’euros d’économie.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La réduction des accidents entrainerait donc aussi la réduction des coûts en lien avec les accidents de la route. Comme nous le montre le graphique ci-dessous la réduction de ces coûts est loin d’être négligeable.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Des économies en matière et donc en coût de production pour les entrprises pourront être réalisés. en effet, la conduite d'une voiture autonome étant peu accidentelle sa structure pourrait être allégée. Cet allègement entrainerai aussi une réduction de la consomation d'essence. 

 

          Deuxièmement les contraintes d’âges ou d’aptitudes à la conduite seraient supprimées. En effet, comme nous l’avons vu précédemment dans la partie consacrée au conducteur, le temps de réaction augmente selon l’âge du sujet. Grâce à la voiture autonome qui,  comme son nom l’indique, est indépendante de son conducteur les personnes âgées pourront utiliser la voiture. Il en est de même pour les personnes à mobilité réduite. Comme nous pouvons le voir dans cette vidéo:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ensuite nous gagnerions en optimisation des routes par la réduction des distances de sécurité : le temps de réaction étant moindre il est inutile de conserver des distances importantes. 

 

 

 

 

 

 

 

 

           Enfin une augmentation des limitations de vitesses pourrait être envisagée afin de désencombrer les routes. Actuellement les limitations de vitesses ne cessent de diminuer à cause des accidents jugés trop nombreux. 

 

 

La voiture autonome est-elle plus performante que son conducteur uniquement sur le plan du temps de réaction ou y a-t-il d'autres domaines où elle le surpasse ?