Préface et explicationde la problématique

La problématique de ce TPE est ''Le segway, évolution ou révolution?''.Présenté comme le moyen de transport urbain de demain, le segway est qualifiépar ses créateurs comme une véritable révolution du mode de transport. Qu'enest-il réelement du point de vue technique? Pour répondre à cette question nousétudierons dans le detailler chaque partie technique du segway et nous lescompareront avec ceux mis en oeuvre dans les autre moyens de transportpersonel tels que la voiture, la moto ou encore le velo. Nous concluront surl'aspect révolutionaire ou simplement evolutionaire de chaque partie avant d'enfaire une conclusion globale.

Nous tenons également à remercier M ..., directeur de la section Francede la firme Segway (c) qui a accepté de se déplacer pour nous rencontrer afin defacilité nos recherches sur le segway.

PS: nous n'etudierons que le premier model de segway, les autres etantplus ou moins derivé de celui-ci.

Sommaire

I Présentation du segwayHistorique du développementPrésentation rapide du segway

6-7

II Analise du systeme de mise en marcheClés de contact ou pas?Securité

8-9

III Avancer en SegwayQue font les autres?Le segway, un mouvement basé sur la marche

10

IV Tourner en SegwayTourner en espace restreint, pari impossible?La solution Segway

11-13

V Mise en mouvement du segwayLe velo et son pedalier, la voiture et son moteurLe moteur électrique

14-15

VI Chaine d'energieun réservoir? 16

VII FiabilitéUn dépannage a chaque panne? 17

VIII ConclusionLe segway, une révolution?

Annexes lexique

Annexes bibliographie

Le segway

Historique du dévelloppement

Le segway tire ses origines d'un projet du laboratoire d’ElectroniqueIndustrielle de l’EPFL. Répondant au doux nom de ''Joe le pendule'', ce projet

fut initié en 1996 par une étude théorique sur la faisabilitésuivi rapidement d'une thèse et d'un processus dedévelloppement, le robot effectua ses premiers pas le 25janvier 2000.

Ce développement est directement inspiré du célèbremodèle académique du pendule inversé, qui comme son noml’indique, est constitué d’un chariot mobile surmonté d’unpendule inversé, librement articulé autour d’un axetransversal. Avec la différence pour les véhicules présentés,que le chariot et le pendule ne font qu’un, l’articulation étantelle-même l’axe des roues.

Étant donné que ses deux roues sont parallèles, l'engin est de natureinstable car contrairement au velo qui tire son équilibre de l'effet gyroscopiqueinduit par ses roues colinéaires. Pour compenser cette instabilité, Joe le penduleest artificielement stabilisé par un régulateur électronique, en agissantdirectement sur les moteurs de propulsion, exerçant toujours un couple deredressement opposé au sens de basculement.

Le 3 décembre 2001, le Segway fut officielement présenté sous le nom decode ''Ginger'' et c'est ainsi que la conquete des villes par Segway fut déclaré parses créateurs.

Présentation rapide du Segway

Le segway se présente, grâce à son design novateur et son habileté à semouvoir en interieur comme en exterieur aussi facilement, comme le moyen detransport qui va révolutionner la locomotion dans les ville. Nous étudierons sonfonctionnement un peu plus tard dans ce tpe, néanmoins voici quelque chiffrequi permettent de saisir rapidement ce qu'est le segway :Autonomie : 15 - 20 kmVitesse maxi : 20 km/hPuissance totale : 2x 1.5 kWPente franchissable sur sol adhérent : 30 degrés. (60%)Elévation du plancher : 20 cm.Poids à vide : 38 kgPoids du conducteur (min, max) : 45 - 113 kg.Prix : $4500

Quelques pieces importantes :3 – receptacle pour les clefs5 – Cadran de contrôle6 – Poigné de virage13 – Plateforme18 – Carte électronique19 – Plateforme inertiele21 - Batteries22 – Moteurs23 – Reducteurs25 - Pneu

Analyse du système de mise en marche

Clés de contact ou pas?

De nos jours, les moyens de locomotions personnel nécessite tous une clefde contact physique, par exemple la voiture qui en nécessite une pour démarrerou pour ouvrir une portière, le vélo simplement pour détacher l'anti-vol.

Le Segway lui, à l'encontre de tous les autres, n'est pas doté d'une clef, maisde 3! De couleurs différentes ces clefs représente le niveau de conduite de sonutilisateur en le limitant ou en débridant la machine. Ces clefs conteniennent unepuce électronique qui doit être en contact avec le support de clé situé sur lecadran pour lui transmettre des information. Cette technologie a été créée parDallas semi-conductor. Les paramètres de vitesses maximale et de rotation ainsique le code d'identification du Segway contenu dans les puce électronique ainsienvoyés le segway peut alors démarrer.

Voici les caractéristique de ces clef a couleurs différentes. -la clé pour débutant(couleur noire) offre les possibilités suivantes:

-vitesse maximale : 9.6 km/h -vitesse de rotation : lente

-la clé piéton(couleur jaune): -vitesse maximale : 12.9 km/h -vitesse de rotation : normale

-la clé espaces ouverts(couleur rouge): -vitesse maximale : 20 km/h -vitesse de rotation : rapides

Sécurité

A première vue, on pourrait se dire qu'une clef physique est plus sûre, plusfacile a mettre en oeuvre et à fabriquer. Cependant les clef physique ont une limiteen nombre et il arrive qu'une même clef puisse ouvrir une autre voiture. Deplus lafalsification de clef ou encore le remplacement des serrures est facilité.

Tous ces defauts, les clefs numériques ne les ont pas, suivant un encodageen 64 bit, les créateurs du segway ont prévu de quoi fabriquer 6.10^18 trio de clefsoù aucune des clefs n'est identique. Un joli chiffre qui ne sera surement jamaisdépasser par le nombre de vente de Segway, où du moins pas avant que lesingénieur de l' ''human transporter'' pense a un autre systeme.

Venons maintenant a l'aspect sécuritaire. La question à poser est :''Est-il possible de falsifier une clef?'' Et bien oui! Mais seulement à partir d'uneclef en employant une technique très spécifique qui vise à extraire le code de laclef et de l'implenter dans une autre clef. Seulement a partir d'un segway luimême, il est totalement impossible de retrouver le code de la clef qui lui estassocier. En effet les clef etant codé sur 64 bits, le processeur lui, ne reconnais queles code de 128 bits et pour se faire il réencode le code deja codé fournit par laclef en 128 bits avant de le comparer a chacun de ses 3 code representant chaqueclef du trio.

Avancer en Segway

Que font les autre?

Tout d’abord l’ordre de translation d’une voiture est transmis grâce àl’action que l’automobiliste effectue sur la pédale d’accélération qui envoie unordre au moteur ( unique pour toutes les roues , qui tournent donc à la mêmevitesse) lui indiquant une certaine vitesse, enfin la vitesse de rotation ainsitransmise par le moteur jusqu’aux roues motrices permet la translation duvéhicule.

Prenons à présent l’exemple du vélo, le cycliste en pédalant plus ou moinsvite transmet une certaine vitesse de rotation à la roue arrière par l’intermédiaired’un pédalier et d’une chaîne, le vélo avance.

La trottinette électrique est mise en mouvement de translation grâce à unevitesse de rotation que le moteur électrique transmet à la roue arrière.

Le Segway, un mouvement basé sur la marche.

Comme nous vous l’avons expliqué précédemment le Segway est basé surun principe tout à fait nouveau…..Le Segway s’inspire donc d’après son inventeur d’un mouvement humain : lamarche.

L’ordre de translation est transmis grâce à l’inclinaison de son utilisateurpar rapport à l’axe de gravité du Segway qui sollicite un système révolutionnaireappelé « Balance Sensor Assembly »* composé d’un gyroscope qui permet auxcapteurs d’analyser l’angle d’inclinaison du Segway.Ces informations sont transmises à 2 ordinateurs dont la puissance est supérieureà celle d'un PC standard, qui utilise un logiciel de traitement de l‘information desgyroscopes et ajuste selon l‘information la vitesse du moteur et donc du Segway.Cette puissance est nécessaire pour accomplir très rapidement tous les calculsextrêmement précis nécessaires au maintien de l'équilibre. Si l'un des ordinateurstombe en panne, l'autre prend immédiatement la relève pour arrêter le Segway enéquilibre et en sécurité.

Les moteurs actionnent chaque roue pour donner un mouvement detranslation. Quand le Segway s'incline en avant, les 2 roues tournent vers l'avantpour l'empêcher de tomber. Et inversement si le Segway s'incline en arrière.

Tourner en Segway

Tourner en espace restreint, pari impossible?

Les moyens de transports personnels actuelles utilise des volants,spécialement pour les voitures ou camion, ou des guidons directement lié à laroue. Le principal defaut de ce types de transmissions vient du fait qu'il estdifficile de se mouvoir dans des espaces restreint car toutes les roues ne participepas à faire tourner le véhicule, mais seulement la moitié.

<Schéma d'une rotation en moto/velo>

<schéma d'une rotation en voiture>

On remarque qu'il faut enormément d'espace a de tels engin pour effectuédes manoeuvre comme se retourner ou encore prendre un virage en angle droit. Etpourtant le segway lui y arrive, et c'est la que réside l'une de ses plus belle qualité!

Et avec le Segway?

Avec le segway, il n'etait pas question que l'utilisateur se penche pourtourner car le mouvement n'aurait pas été fluide et naturelle pour le corps. Leingénieurs du segway ont plutot opté pour une poigné placé sur le guidon qui gerela rotation sur le segway. Cette poigné est composée d'un capteur magnétiqueplacé a l'interieur de celle-ci pour éviter l'usure. Plus l'on tourne la poigné, moinsle capteur détecte de presence magnétique et moins son signal sera fort.

<schéma poigné du segway>

Ce signal est directement envoyé et traiter par les cartes électroniques duSegway qui gerent alors selon la vitesse de déplacement, la vitesse de rotation dechaque roue indépendemment pour réaliser la rotation imposé par l'utilisateur. Lesroues ne pivote donc jamais, seule une différence de vitesse de rotations, ouparfois le fait de faire tourner les roues dans des sens différents permet au segwayde se déplacer dans des endroits restreint en toutes simplicité.

La vitesse maximal de rotation est géré par la couleurs des clefs decouleurs.

Il est important de noter que le segway est le seul véhicule commercialactuel a pouvoir se tourner sur lui même sans avoir besoin de plus de place.

Mise en mouvement du Segway

Le vélo et son pédalier, la voiture et son moteur, la trottinette et son moteuréléctrique

De nos jours, les moyens de propulsions sont déja diverses et varié et ilssemble difficile que le segway innove dans ce domaine.

En effet la mise en mouvement du vélo n’est possible que grâce a l’actioneffectué par le cycliste sur le pédalier, qui, en le faisant tourner entraïne la rouearriere en rotation donnant ainsi de la vittesse au vélo. En pédalant plus ou moinsvite le cycliste régule sa vitesse.

<schéma pédalier>

Les moteurs d'une voiture qui selon un cycle tres particulier de rotationdonne à la voiture l'energie de se mouvoir en offrant un puissance très importante,qui n'est absolument pas comparable avec celle offerte par le segway. La vitessede rotation est déterminé par le débit de melange air/essence entrant dans celui-ci.

<schéma moteur à essence>

Le moteur électrique de la trottinette est un simple moto-réducteur qui,selon la tension qui est appliqué à ses bornes, tourne plus ou moins vite, regulantainsi la vitesse de la trottinette.

le moteur électrique

Le Segway se voulant avant tout écologique, il utilise donc l’énergieélectrique.

Les roues du Segway sont individuellement actionné par des moteursélectrique à haute vitesse de rotation. Ils n’émettent aucun rejet et développent unepuissance maximale de 2CV chacun( 2x1500W ). Bien que fonctionnant commeun seul ensemble mécanique, chaque moteur possède ses propres circuitsélectriques et peut donc agir séparément. Ils ont été conçus par Pacific Scientific,un fabricant de moteurs et de mécanismes électroniques pour applicationmédicales, rééducation physique, robotique et automatismes de précision. Leurconception dite « brushless » supprime toute maintenance et leur assure unegrande fiabilité.

Pour freiner, le Segway inverse le couple de ses moteurs au lieu d’utiliserun système de friction classique. Outre la grande efficacité qu’elle confère aufreinage, cette astuce permet de convertir l’énergie des mouvements du Segway enénergie électrique qui augmente ainsi son autonomie.

Chaîne d’énergie

Un réservoir?

La voiture a besoin d’essence pour alimenter le moteur, le vélo luifonctionne grâce à l’énergie mécanique fournie par le cycliste, la trottinette estalimenté par de l’électricité présente dans sa ou ses batteries.

Le Segway fonctionne lui grâce à 2 batteries situées dans le châssis. Ellesont été crées en collaboration entre Segway inc. et Valence Technology. Il existe 2modèles de batteries: les batteries de type NiMH(batteries standards équipées surles Segway ) et les batteries lithium-ion Segway(nouvelle génération de batteriesplus sécurisées et plus efficaces)qui offrent un temps de recharge moins importantet une durée de vie plus longue que le modèle standard.

Néanmoins le système lithium-ion ne sera disponible sur les Segways quedébut 2006. Avant cet date l'installation de ce système sur l'appareil nécessite unemise à jour du Segway(seulement possible actuellement en Italie). Toutefois cettenouvelle technologie à un prix: entre 1400 euros et 1800 euros.Comparaison des caractéristiques des batteries :

Les performances peuvent décroître aux températures extrêmes. Les performancesindiquées sont basée sur une température de 25 °C.

NiMH Saphion Lithium-Ion Capacité de la batterie 220 watt heure (Wh) 400 watt heure (Wh)

Autonomie(conduitedouce)

17 km(approx.) 38 km (approx.)

Autonomie(conduiteagressive)

13 km (approx.) 25 km (approx.)

Temps de charge 5 heures (approx.) 10 heures (approx.)

Températuresd'utilisation

0 à 50 °C -10 à 50 °C

Nombre de chargement Varie entre 1000 et 2000chargement selonl'utilisation et l'entretient.

Infini, cette technologien' pas de “mémoire”

Fiabilité

Un dépannage à chaque panne?

L'un des principaux défaut de la voiture est sa fiabilité, et même si elletend vers une augmentation de temps entre 2 pannes, il est frequent d'avoir despannes. Deplus la voiture utilise un systeme compliquer de moteurs, batteries,bougie et autres ce qui rend un dépannage par l'utilisateur lui même quelque peudifficile, a moins d'être mécanicien.

Quand est-il pour le segway? Beaucoup se représentent le matériel dehaute précision contenu dans le segway comme une machine à panne, où lemoindre petit grain de poussière bloquerait le systeme entier. Enfait c'est toutl'inverse: Le segway a été prévu dans une optique de transport en ville, et non enlaboratoire asseptisé. Ainsi, vous pouvez arroser votre segway sans qu'il nesoufre d'aucun mal, a moins de le noyer réelement. Il résiste à des chocsimportant, comme une collision avec un mur en vitesse maximale. Lescomposants du Segway sont très soigneseument emballé, les protegeant ainsi despoussière et autres parasites.

Comme aucun appareil n'est indéfectible (Les ingénieurs de chez segwayestime qu'en moyenne, il surviendra une panne tous les 600 jours, une panne d'unseul composant) le Segway a une autre solution, en plus d'être très fiable. Il s'agitde la redondance. En effet tous les composants sont doublé, à l'exeception desroues, et des composants contenus dans le guidon.Il aurait été génant qu'au moindre petit probleme de carte électronique,l'utilisateur soit entrainé dans une chute brutale. Dans ce cas la, à la moindredéfaillance, la deuxieme carte prend immédiatement le relai et peut fairefonctionner le segway a elle seul. La Balance Sensor Assembly* est composé dedeux détecteurs d'inclinaisons ainsi que de 3 gyroscopes mais peut marcher aussibien avec 1 seul détecteur d'inclinaison et 2 gyroscopes. La redondance estégalement presente dans les batteries, qui peuvent prendre en charge la totalitédu Segway si l'autre encontre un probleme. Idem pour les moteurs, que l'on peutthéoriquement couper en deux et qui continueront à tourner tout de même. Dèsqu'une piece est considéré comme défaillante, il est tout de suite indiquer sur lecadran de l'utilisateur qu'il faut qu'il s'arrete le plus tot possible pour se fairedépanner, mais peut tres bien rester des mois ainsi, jusqua ce que la deuxiemepiece tombe elle aussi en panne. Cette technologie est tres interressante car ellelimite les probleme de pannes soudaine vraiment tres embettante mais elle enimporte un autre. Il faut bien se dire que toutes les pieces ont un prix et les fairese dédoubler a pour effet de presque doubler le prix, mais c'est le prix de lasécurité. Plusieurs personnalité ont affirmé avoir crée des segway ''moitié prix'',mais ils ont simplement retiré l'aspect redondant de celui ci.

Conclusion

alors le Segway, une révolution?

Comme nous l'avons vu, le Segway se place comme une évolution de latechnologie deja mise en oeuvre sur certain aspect technique, comme lesbatteries ou les moteurs, mais comme une véritable révolution dans d'autre,notamment sur sa gestion de la vitesse de chaque roue ou encore le moyend'indiquer au segway que l'on avance. On peut donc considérer le Segwaycomme une bonne ''demie-révolution'' technique et se place en tete de latechnologie de pointe en matiere de transports personnel actuelement au mêmerang que la voiture qui s'équipe de plus en plus.

La question que l'on est en droit de se poser est de savoir si le segwaysera ou non la révolution sociale annoncé par ses créateurs et si il arrivera adétroner la voiture au coeurs des villes. La question ne se pose pas encore enFrance où le Segway fait encore ses premiers pas avec ses quelque centained'exemplaire vendu, mais au états unis, même si il reste vraiment marginal, lesegway commence petit a petit a se faire une place chez le particulier.

Une autre question que l'on pourrait se poser est celle de la mecanisationde chaque effort, déja que l'homme moderne cherche a minimiser ses efforts, onpourrait se dire qu'une utilisation a outrance du segway pourrait remplacer lemouvement dont il s'inspire et l'un des derniers effort qui maintient l'homme enforme physique : la marche.

Lexique

• Balance Sensor Assembly :

Ce système a été conçu avec Silicon Sensing Systems, spécialisted’envergure mondiale en matière de systèmes de guidage et de navigationaériens, terrestres et maritimes.Ce système représenté ci-dessus est composéde 3 gyroscopes, 2 detecteurs d'inclinaison et de nombreux calculateurs etcapteurs.