Exercice Sous-partie 3 (Choix 2) - Dynamique et trajectoir… · Bac Sciences de l'Ingénieur Métropole 2021 (sujet 2)

Rouen Normandy Autonomous Lab (RNAL)

Une réponse à la problématique de la mobilité du premier ou dernier kilomètre

Présentation:

Les transports publics traditionnels (bus, tramway et métro) fonctionnent de manière optimale dans les centres-villes denses et la proche banlieue. Aujourd’hui, souvent moins bien desservis, les quartiers à plus faible densité imposent à leurs habitants d’avoir recours à leur véhicule personnel ou à marcher sur de longues distances pour rejoindre leur destination ou pour relier le réseau de transports en commun.

Cette desserte insuffisante du premier ou dernier kilomètre a un impact direct sur le choix du mode de déplacement. Selon une étude menée aux États-Unis, devoir marcher plus de 0,8 km pour rejoindre une station de transports en commun réduit leur usage d’environ 90 %.

Depuis le début des années 1990, la métropole Rouen Normandie s’est engagée dans une politique ambitieuse en matière de transport en commun, afin de développer sur son territoire une mobilité intégrée, multimodale et décarbonée. Les enjeux sont doubles:

une mobilité choisie et sans contraintes:

continuité totale des déplacements,

diminution significative de l’usage de la voiture individuelle,

multimodalité 1 /intermodalité 2.

une réduction de l’impact environnemental et physique de la mobilité:

maîtrise des consommations d’énergie et des émissions de polluant,

réduction de la congestion automobile.

En octobre 2017, les partenaires du projet Rouen Normandy Autonomous Lab lancent l’expérimentation d’un service de mobilité à la demande avec véhicules autonomes électriques sur routes ouvertes au public. Ce projet est une première en Europe.

Sont partenaires de premier rang du projet:

1 La multimodalité désigne la présence de plusieurs modes de transport différents entre deux lieux.

2 L’intermodalité est l’utilisation de plusieurs modes de transport au cours d’un même déplacement.

La zone d’expérimentation est le technopôle du Madrillet, situé à Saint-Étienne-du-Rouvray en zone périurbaine, à proximité de Rouen.

Au sein du technopôle du Madrillet cohabitent des laboratoires de renommée internationale, des écoles d’ingénieurs, des départements de l’université de Rouen, le Centre de Ressources Informatiques de Haute-Normandie ainsi que des entreprises tournées vers la recherche.

Les récents progrès technologiques réalisés en matière de véhicules autonomes, rendent ces derniers tout à fait adaptés pour parcourir le premier ou le dernier kilomètre, en complémentarité avec les transports en commun. Ils peuvent circuler tout au long de la journée, effectuer des trajets courts, y compris en trafic mixte avec d’autres véhicules.

La flotte des véhicules autonomes dédiée au projet « RNAL » comprend actuellement 4 véhicules électriques ZOE Renault. Ces véhicules permettront aux voyageurs de relier le technopôle du Madrillet à la station terminus de tramway « Technopôle-Madrillet » en circulant sur trois boucles totalisant 10 km sur routes ouvertes avec 17 arrêts. La vitesse moyenne d’exploitation sera de 27 km·h -1 et la vitesse maximale de 40 km·h -1.

Le diagramme de contexte représenté ci-dessous présente les acteurs et les éléments environnant du véhicule autonome en phase d’utilisation.

Le passager réserve son trajet directement via une application.

Une fois géolocalisé, le passager indique l’adresse de sa destination. Après validation, le détail est envoyé à l’utilisateur, qui connaîtra à ce moment, les modalités et les renseignements nécessaires au bon déroulement du service.

Le questionnement proposé dans ce sujet va permettre d’étudier et de vérifier:

comment le traitement de données de la supervision permet de réserver un véhicule en fonction de la disponibilité;

comment le véhicule communique avec l’infrastructure routière;

comment le véhicule s’insère sur une voie de circulation prioritaire dans le respect du code de la route ?

Sous-partie 3 (Choix 2) - Insertion du véhicule sur une voie prioritaire

Objectif de cette partie: vérifier que le véhicule respecte les règles du code de la route lors d'une manœuvre d'insertion sur une voie prioritaire.

Sur le circuit de la boucle numéro 3, le véhicule emprunte une voie d'insertion. Il est situé avenue de Felling et doit s'insérer sur l'avenue de la Mare aux Daims.

Le véhicule autonome roule à vitesse constante de 30 km·h⁻¹ sur la voie d'insertion et n'est pas encore engagé sur l'avenue de la Mare aux Daims. Selon le trafic, le véhicule peut être amené à s'insérer automatiquement, à s'arrêter en fin de voie, ou à interrompre sa manœuvre par un freinage d'urgence.

Le véhicule utilise un LIDAR pour percevoir son environnement. Pour réaliser la manœuvre d'insertion sans risquer un refus de priorité ou un chevauchement de ligne continue, il doit connaître la distance de freinage en cas de freinage d'urgence.

Hypothèses: voie d'insertion = plan horizontal; étude menée dans le plan (O;x,y); repère galiléen R0(O;x,y) lié à la route; véhicule autonome (repère 1) = solide indéformable de centre de masse G et de masse totale m, animé d'un mouvement rectiligne uniforme jusqu'au début du freinage; contact pneus-route ponctuel de normale y, facteur d'adhérence f identique avant/arrière.

La décélération est supposée constante tout au long de la phase de freinage. La vitesse du véhicule autonome au début de la phase de freinage étudiée est v = 30 km·h⁻¹. Le vecteur accélération $\vec{\Gamma}_{G(1/0)}$ est porté par l'axe $\vec{x}$ tel que $\vec{\Gamma}_{G(1/0)} = a_t \cdot \vec{x}$. Le véhicule dispose d'un système de freinage ABS avec assistance au freinage d'urgence: les contacts pneumatiques-route sont à la limite du glissement. Le facteur d'adhérence f retenu est celui d'un contact pneumatique-chaussée humide, f = 0,7.

On isole le véhicule autonome 1, soumis à 4 actions mécaniques extérieures: le poids appliqué en G, l'action de contact de la route sur la roue avant en A ($\vec{A}_{(0\to1)} = A_t\vec{x} + A_n\vec{y}$), l'action de contact de la route sur la roue arrière en R ($\vec{R}_{(0\to1)} = R_t\vec{x} + R_n\vec{y}$), et l'action aérodynamique de l'air en C ($\vec{C}_{(air\to1)} = X_C\vec{x}$, avec $X_C = -\frac{1}{2}\rho S C_x v^2$).

Q1.11

On donne les relations entre les composantes des forces aux points R et A suivantes: $R_t = -0{,}7 \cdot R_n$ et $A_t = -0{,}7 \cdot A_n$

Q1.12

Q1.13

Quelle que soit la valeur de l'accélération trouvée précédemment, nous prendrons pour la suite de l'étude $a_t$ = -6,9 m·s⁻². La phase de freinage est assimilable à un mouvement rectiligne uniformément varié.

Q1.14

Connaissant la distance de freinage, il faut déterminer la position limite de déclenchement de la manœuvre d'insertion et vérifier qu'à partir de ce point la manœuvre est réalisée sans risquer un chevauchement de ligne continue (zone zébrée). Le point A, indiqué sur la figure ci-dessous, est positionné au niveau du nez de la zone zébrée qui matérialise le rétrécissement de la voie d'insertion. Ce point ne doit pas être dépassé par le véhicule autonome dans l'éventualité du déclenchement d'un freinage d'urgence.

Q1.15

La courbe de la figure ci-dessous décrit la trajectoire de consigne du centre de gravité du véhicule lors de la manœuvre d'insertion à la vitesse de 30 km·h⁻¹. On considère que le véhicule se déplace sur l'axe médian des voies sur lesquelles il évolue.

Le véhicule autonome est équipé d'un GPS différentiel RTK qui lui permet d'atteindre une précision de positionnement de l'ordre du centimètre. La largeur du véhicule autonome est 2 mètres. La largeur de la chaussée est 3 mètres.

Q1.16

Q1.17