L'automobile :
De plus en plus de véhicules proposent des dispositifs d'assistance à la conduite. Parmi ces dispositifs, on peut trouver :
- les essuie-glace automatiques ,
- le radar de recul,
- ou encore l'allumage automatique des feux de croisement
qui peuvent faire l'objet d'une étude simplifiée voire d'une modélisation expérimentale dès la classe de seconde. Les exemples proposés ci-dessous pourront être travaillés en Sciences et Laboratoire :
Allumage automatique des feux
Allumage automatique des feux de croisement :
De plus en plus de véhicules proposent des dispositifs d'assistance à la conduite. Parmi ces dispositifs, on trouve les essuie-glace automatiques , le radar de recul, ou encore l'allumage automatique des feux de croisement.
Le conducteur reste encore maître à bord et peut généralement activer ou non ce type de dispositif :
Dans ce mode de fonctionnement, les feux de croisement seront automatiquement allumés lorsque la luminosité ambiante tombera en dessous d'un seuil programmé par le constructeur, et seront automatiquement éteints lorsque cette luminosité remontera au dessus d'un seuil (différent du seuil d'allumage pour éviter que les feux de croisement ne se mettent à jouer les clignotants !). Un dispositif pratique lorsque l'on rentre puis ressort d'un tunnel par exemple.
Cet automatisme est débrayable :
(Dans ce mode le conducteur doit gérer lui même l'allumage et l'extinction des feux.)
Ci-dessous le schéma d'un capteur de luminosité réel (source www.hella.com) associé en fait à un capteur de pluie sous le pare-brise de la voiture. Les deux capteurs de faire différentes mesures de luminosité (directe ou indirecte) pour analyser convenablement la situation et faire prendre la bonne décision au processeur qui gère l'éclairage de la voiture :
L'activité proposée ci-dessous est réalisée en classe de seconde en Science et Laboratoire et permet de revoir ou de découvrir :
- la mesure d'une résistance à l'ohmmètre et le code de couleur des résistances
- la LDR : un composant sensible à la lumière (vu dans le thème Santé avec la mesure du rythme cardiaque)
- le transistor
Essuie-glace automatique
Présentation
De plus en plus de véhicules sont équipés d'un système d'activation automatique des essuie-glaces.
Au moment de l'activation du dispositif un premier coup de balai d'essuie-glace a lieu ...puis le système reste en attente. Lorsque la pluie tombe, les balais sont mis en mouvement.
On se propose dans cette activité de comprendre le principe de fonctionnement et d'en faire une réalisation modélisée au laboratoire.
Sur la vidéo ci-dessous,, on a activé le système automatique, puis on a projeté de l'eau en différents endroits du pare-brise :
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Que remarquez-vous ?
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Prendre note de vos observations
Eléments de réflexion
Pour un être humain, il n'est pas « difficile » de détecter la présence de gouttes d'eau sur un pare-brise. Cela semble « aller de soi ». Mais cette détection repose en fait sur les capacités fantastiques de l'association œil ↔ nerf optique ↔ cerveau.
Lorsque les ingénieurs ont cherché à inventer un dispositif de détection, la technologie n'était pas assez avancée pour envisager de reproduire ce « fonctionnement humain » à l'aide d'un système de type caméra ↔ microprocesseur. C'est tout à fait envisageable aujourd'hui, et il y a fort à parier que le dispositif actuel que l'on va décrire deviendra obsolète dans quelques années…
Comment détecter des gouttes d'eau avec un « capteur » ?
→ le capteur doit délivrer une information différente selon que le pare-brise est sec ou mouillé
Des premiers essais avaient été faits avec deux électrodes disposées sur le pare-brise :
- Comment l'eau serait-elle détectée avec un tel dispositif ?
- Pourquoi ce dispositif, somme toute relativement simple n'équipe-t-il pas les véhicules ?
Le dispositif de détection qui équipe les véhicules est situé sous le pare-brise, (dans le haut du parebrise comme pour la Peugeot 5008 ou en bas comme ici pour une Citroen Picasso), bien à l'abri des intempéries… et pourtant il détecte la pluie :
- Quel phénomène physique les ingénieurs ont-il bien pu utiliser dans ce dispositif pour détecter la pluie sans contact ?
La réfraction
Un phénomène physique : la réfraction
Expérience :
.... photographie prochaînement
Utiliser un logiciel de simulation :
En conception, on peut être amené à expérimenter, mais de plus en plus souvent les ingénieurs utilisent des logiciels de simulation pour tester différents modèles avant de passer à la phase de création d'un prototype qui sera testé en conditions réelles pour être éventuellement validé...si tout va comme prévu.
Aller sur le site :
Sur cette animation, on pourra modifier :
- la position de la source de lumière et donc ce que l'on appelle l'angle d'incidence.
- la nature des milieux transparents traversés ( air, eau, verre)
On pourra mesurer :
- les angles que font les rayons lumineux avec la droite dite "normale" à l'aide d'un rapporteur
- l'intensité lumineuse d'un faisceau de lumière :
Voici un exemple (il faut "allumer" le laser ) avec de l'air pour le premier matériau de propagation et de l'eau pour le second :
Cette simulation reproduit bien l'expérience :
- le rayon dit "incident", provenant du laser vient heurter la surface de séparation entre les deux milieux (cette surface est appelée le diotre)
- ce rayon se sépare en deux parties :
- il y a une "réflexion" à la surface de l'eau et de la lumière repart vers le haut
- il y a une réfraction en traversant le dioptre : de la lumière rentre dans le deuxième milieu mais sa direction est changée
On peut placer le rapporteur pour mesurer des angles et le luxmètre pour faire des mesures de luminosité sur un faisceau :
- Que constate-t-on pour la luminosité du rayon "réfléchi" par rapport à celle du rayon "réfracté" ?
- Modifier l'angle que fait le rayon incident en déplaçant le laser. Le rayon incident se divise-t-il toujours en un rayon réfléchi et un rayon réfracté ?
- Recommencer la simulation en choisissant le verre comme premier milieu de propagation et l'air comme deuxième milieu. Le rayon incident se divise-t-il toujours en un rayon réfléchi et un rayon réfracté ?
Réaliser les simulations suivantes et les représenter (la lumière proviendra du pare-brise situé en dessous ... ce qui obligera à inverser par la pensée le schéma obtenu sur la simulation) :
- l'angle d'incidence est l'angle entre le faisceau lumineux incident et la "droite normale"
- à la ligne "phénomène" on indiquera s'il s'agit de réfraction ou de réflexion totale :
→ Quel est l'angle d'incidence qui permet de répondre au rôle du capteur : le capteur doit délivrer une information différente selon que le pare-brise est sec ou mouillé
Réalisation du montage
→ Rassembler vos connaissances pour finir de concevoir le dispositif qui activera un moteur lorsque le pare-brise sera mouillé et le laissera éteint lorsqu'il sera sec.
(Penser au montage que l'on avait fait pour réaliser l'allumage automatique des phares)
Ci- dessous le corrigé du montage en vidéo :
Observer ce que fait le moteur (en bas de la vidéo) :
- lorsque le "pare-brise" est sec
- lorsqu'il est mouillé
Le moteur dans ce montage représente le moteur qui active les essuie-glaces de la voiture.
L'essuyage du "pare-brise" correspond au passage du balai d'essuie-glace
Remarquer la lumière qui ressort du "pare-brise" lorsqu'il est mouillé (on a alors le phénomène de réfraction, et il n'y a que peu de lumière qui arrive sur la LDR (capteur de lumière en dessous et à gauche du "pare-brise".
Quand il est sec on a le phénomène de réflexion totale : toute la lumière du Laser se retrouve sur la LDR.
C'est sur cette différence de luminosité que l'on détecte si le pare-brise est sec ou mouillé.
Voici le schéma d'un dispositif réel (la lumière émise par la diode électroluminescente (DEL ou LED en anglais) est en réalité invisible car c'est de l'infra-rouge (comme dans les télécommandes de télévision par exemple) :
Pare-brise sec Pare-brise mouillé
source : www.hella.com
Le texte
Le radar de recul
Le radar de recul :
Citroën C4 Picasso équipé d'origine d'un radar de recul
Sur un site de matériel électronique, on a trouvé les deux articles suivants pour ajouter un radar de recul sur un véhicule non équipé d'origine.
1- Quelles ondes sont utilisées par chacun de ces deux dispositifs pour la détection des obstacles ?
2- Quel avantage, mais aussi quel inconvénient, procurent les ondes utilisées dans le deuxième dispositif ? Justifier votre réponse à l'aide de vos connaissances sur le comportement de ces ondes.