Simulateur de course de haute performance CAHIER DE COMMANDITE Projet de fin d études Génie mécanique Faculté de génie
LETTRE D APPUI Faculté de génie Sherbrooke (Québec), J1K 2R1 Le 21 février 2011 Département de génie mécanique (819) 821-7144 (Téléphone) (819) 821-7163 (Télécopieur) Le 11 février 2011 Objet : Lettre d appui au projet G-Force pour une demande de commandite Madame, Monsieur, Depuis 1992, les étudiantes et étudiants du Département de génie mécanique ont l opportunité de réaliser un projet de conception d envergure de 12 crédits et d une durée de 24 à 28 mois. Ces activités pédagogiques de conception sont encadrées par des professeurs et des professionnels du Département de génie mécanique et elles sont réalisées dans des laboratoires spécifiques de conception et de fabrication de l Université de Sherbrooke. En résumé, ce projet de développement d un produit permet aux étudiantes et étudiants du er 1 cycle de vivre une expérience unique de conception en Amérique du Nord. Le couronnement de ces activités pédagogiques est l exposition annuelle des projets de conception. Dans le cadre de cet événement, les étudiantes et étudiants présentent leurs prototypes pendant toute une journée à la collectivité universitaire et à celle de la ville de Sherbrooke, à des parents et amis, aux commanditaires et aux partenaires externes. Les étudiantes et les étudiants profitent de cette occasion pour valoriser la contribution en matériel ou en espèces de leurs commanditaires et leurs partenaires. Le but de l équipe G-Force est de créer une réalité virtuelle de la course automobile, afin de procurer une sensation des forces d inertie présentes lors d accélération, de freinage ou de virage. Il existe déjà des simulateurs de course automobile permettant de créer une réalité virtuelle, mais le leur sera nettement plus réaliste et économique que ceux présentement sur le marché. Notre département fournira les espaces, ainsi que des appuis logistiques et techniques à l équipe G-Force. Toutefois, l envergure de ce projet implique un budget significatif qui nécessite un appel à des ressources financières externes. Le budget servira principalement à financer la construction d un prototype. Voilà pourquoi cette lettre fait appel à la générosité d entreprises comme la vôtre pour vous inviter à considérer une contribution financière sous forme d une commandite. Donc, j espère que vous pourrez considérer favorablement la demande de commandite préparée par les étudiants du projet G-Force. Si vous avez des questions concernant les projets de conception réalisés dans le cadre de notre programme de baccalauréat en génie mécanique, n hésitez pas à me contacter. Veuillez agréer mes sentiments les meilleurs, François Charron, ing. Directeur Département de génie mécanique 1
HISTORIQUE Depuis plus de 10 ans, les étudiants du baccalauréat en génie mécanique de l'université de Sherbrooke réalisent un projet de conception d envergure. L exercice, qui s échelonne sur une période de deux ans, permet aux étudiants d intégrer les connaissances acquises dans plusieurs facettes du génie tout au long de leurs études universitaires. Par l entremise de ce projet, les futurs ingénieurs auront l occasion de démontrer leur savoir-faire, et ce, sur plusieurs plans. Les épreuves à surmonter feront autant appel à leur ingéniosité qu'à leur capacité d'adaptation. En deux ans, les étudiants passeront de la phase de conception à la phase de réalisation, pour ensuite dévoiler le fruit de leur dur labeur au grand public lors de l'exposition Mécagéniale. PRÉSENTATION DE L ÉQUIPE L équipe G-Force se compose de cinq étudiants qui ont uni leurs compétences pour se lancer dans ce projet de conception d un simulateur de course permettant à l utilisateur de ressentir, avec une grande précision, la sensation des forces d inertie présentes lors des virages, des accélérations et des 1 décélérations à l aide des principes de proprioception et d un design de siège déformable breveté. En bref, l équipe G-Force vise à immerger l utilisateur dans une réalité virtuelle, en lui procurant une sensation de réalisme hors du commun. Non seulement l équipe concevra-t-elle un environnement simulant les sensations en course, mais elle se lance le défi de le faire à une fraction du coût de ce qui existe déjà sur le marché. L équipe G-Force, dont les membres sont présentés à la page suivante, perçoit ce projet comme une occasion incomparable de parfaire ses compétences en ingénierie et de se dépasser. 2
MEMBRES DE L ÉQUIPE Marc-Antoine Turcotte Coordonateur technique et responsable du siège et des déplacements MTurcotte@GForceSim.ca Julien Bertrand Coordonateur administratif et responsable de l intégration structurelle JBertrand@GForceSim.ca Jean-Pascal Ross Responsable de la vibration et de la sécurité JPRoss@GForceSim.ca Charles Moisan-Willis Responsable des contrôles et de la direction CWillis@GForceSim.ca Alexandre Laforest Responsable de la structure ALaforest@GForceSim.ca 3
LA THÉORIE DERRIÈRE LE PROJET Cette portion du document est un résumé des rôles de la physique dans l'univers de la course automobile. Plus précisément, les notions d'accélération centripète et de l'effet centrifuge seront présentées sommairement. Pour obtenir plus d information sur l'effet de ces forces et leur présence dans divers types de repères, consulter notre site web au www.gforcesim.ca. Force centripète ou accélération centripète La force centripète est une expression provenant du latin «centrum», qui signifie centre, et «petere», qui signifie se dirige vers. Ainsi, la force centripète, ou accélération centripète, se définit par une force qui maintient un corps en position dans une trajectoire circulaire ou elliptique. Cette force se schématise par une réaction dirigée vers le centre de rotation de la courbe. En l'absence de force centripète, un corps qui se déplace dans une courbe se dirigerait en ligne droite. La force centripète, qu'on pourrait qualifier de force à effet centripète, permet à ce corps de suivre sa trajectoire courbe. Figure 1: Accélération centripète dans une courbe Force centrifuge ou reactive centrifugal force Vitesse Force centrifuge La force centrifuge, ou accélération centrifuge, est parfois utilisée à tort. Il s'agit en fait d'une force apparente s'expliquant par un effet de déportation d'un corps en rotation vers l'extérieur de la courbe. C'est ce même effet qui donne la sensation d'éjection latérale d'un pilote dans une courbe. Rayon Figure 2 : Force centrifuge dans une courbe L'effet centrifuge est, selon la troisième loi de Newton, la «réaction» à la force centripète. Cette loi, qui est également appelée le principe des actions réciproques, ou loi d'action-réaction, stipule que «Tout corps A exerçant une force sur un corps B subit une force d'intensité égale, de même direction, mais de sens opposés, exercée par le corps B». L'effet centrifuge est présent dans des contextes familiers tels que l'essorage du linge dans une laveuse en fin de cycle. La rotation imposée par le tambour induit des accélérations aux particules d'eau qui sont ensuite éjectées des tissus. 4
PHYSIQUE G-FORCE Dans le cadre de notre projet, il est primordial de simuler les effets des forces d inertie sur l'utilisateur. Comme il est impossible de déplacer le simulateur sur de grandes distances à des vitesses élevées pour obtenir les effets escomptés, un ingénieux système de déplacement du siège jumelé à un système breveté d'appuis latéraux déformables simulera le travail des forces sur l'utilisateur. Les pages suivantes expliquent le fonctionnement du système G-Force en comparaison aux autres systèmes sur le marché, ainsi qu'à la réalité. Les flèches rouges représentent un déplacement et les flèches jaunes, l'effet centrifuge. Finalement, les flèches vertes représentent les forces centripètes, simulées par une pression des appuis déformables ou encore de la ceinture dans le cas d'un freinage. Simulateurs existants Réalité Projet G-Force Courbe à droit Déplacement vers la gauche Une fois le déplacement effectué, aucun sentiment de réalisme. On ressent une pression du côté gauche causée par le phénomène de l accélération centripète. Déplacement vers la gauche L appui latéral gauche s assure de maintenir une pression sur l utilisateur. Courbe à gauche Déplacement vers la droite Une fois le déplacement effectué, aucun sentiment de réalisme. On ressent une pression du côté droit causée par le phénomène de l accélération centripète. 5 Déplacement vers la droite L appui latéral gauche s assure de maintenir une pression sur l utilisateur.
Simulateur existants Réalité Projet G-Force Accélération Pivot du corps vers l arrière Le déplacement des jambes est inapproprié. On ressent un écrasement vers l arrière L amplitude des forces simulées est irréaliste. Le haut du corps penche vers l arrière Les appuis latéraux exercent une pression sur l utilisateur Freinage Pivot du corps vers l avant. Le déplacement des jambes est inaproprié. Le corps est projeté vers l avant L utilisateur est retenu par sa ceinture L amplitude des forces simulées est irréaliste. Le haut du corps est projeté vers l avant. La ceinture exerce une pression sur l utilisateur Un des principaux avantages de notre système est qu'une fois le déplacement effectué, les appuis latéraux continuent d'exercer une pression sur l'utilisateur, simulant ainsi l'écrasement escompté. Les simulateurs existants sur le marché ne permettent pas à l'utilisateur de percevoir les forces une fois le déplacement terminé. 6
PROTOTYPE G-FORCE Le prototype présenté ci-dessous est le fruit de centaines d heures de conception. Ce prototype est sujet à changements avant la phase de fabrication. (version révisée le 17 mars 2011) 7
PROTOTYPE G-FORCE APPUIS LATÉRAUX DÉFORMABLES VOLANT CONNECTEUR RAPIDE SIÈGE SYSTÈME D AJUSTEMENT DU VOLANT ACTUATEURS BOITIER DU VOLANT STRUCTURE PÉDALIER RESSORTS STABILISATEURS SYSTÈME D AJUSTEMENT DE COURSE, DE RAIDEUR ET D INCLINAISON VIBREUR TIGES AJUSTABLES POUR APPUIS LATÉRAUX 8
CONCEPT G-FORCE Structure La structure est le squelette du simulateur. Son rôle est de supporter les autres systèmes, en plus d épouser l intérieur de la coque. Siège Le siège est le noyau même du projet. Il sert à accueillir l'utilisateur dans le simulateur et lui procure les sensations normalement ressenties par un pilote de course dans une situation bien réelle. Le siège utilisé permet aux utilisateurs de ressentir les forces gravitationnelles de manière continue, et ce, en fonction des diverses situations. Sur ce plan, les simulateurs actuels ne sont pas en mesure de rivaliser avec le nôtre. Visuel Un système de trois écrans permet d augmenter la vision périphérique de l utilisateur dans l unique but d améliorer l expérience de conduite. Systèmes d ajustements Pour répondre aux attentes des utilisateurs, plusieurs systèmes d ajustements permettent de peaufiner différents règlages. La hauteur du volant, la distance du volant, la hauteur des pédales, l inclinaison des pédales, la course des pédales, la distance du pédalier et la sensibilité des pédales sont là que quelques exemples d ajustements possibles. Coque La coque recouvre l ensemble du simulateur et vient améliorer l apparence du produit final. En plus de servir de bannière publicitaire exceptionnelle, elle permet également de protéger l utilisateur des parties mobiles. 9
Actuateurs et déplacements Ils servent principalement à mouvoir le siège dans l'habitacle du simulateur afin de faire ressentir à l'utilisateur des forces d inertie qui seraient présentes s'il prenait place dans la voiture qu'il conduit dans le jeu vidéo. Ce système est donc la pièce maîtresse de tout le projet. Vibration Le système utilise les effets sonores présents dans les jeux vidéo pour recréer les vibrations directement sur le siège du simulateur. Ces dernières devront reproduire le plus fidèlement possible ce qu'un pilote de voiture ressent sur un circuit. Contrôle et direction Le système de contrôle et direction se compose principalement du volant et du pédalier nécessaires à la conduite d'une voiture. Il sera possible d'effectuer des ajustements de position du pédalier ainsi que du volant dans un soucis d ergonomie et de confort pour l utilisateur. Sécurité Le système de sécurité permet de protéger l'utilisateur lors de l'application des forces sur sa cage thoracique. Un module de sécurité permet de couper l'alimentation des actuateurs dans le cas où les forces perçues par l'utilisateur sont trop importantes. Ce système permet aussi à l'utilisateur d'arrêter le simulateur à tout moment en cas de malaise. Électronique de contrôle Ce système permet à l utilisateur de modifier plusieurs paramètres du simulateur en demeurant dans l habitacle. Un boîtier muni de boutons et gradateurs permettent d atténuer ou d augmenter les vibrations, l amplitude des déplacements, la sensibilité du pédalier et bien plus. 10
VISIBILITÉ Visibilité auprès des futurs ingénieurs Le projet sera présenté aux autres étudiants en ingénierie. Ainsi, tous les futurs ingénieurs de l'université de Sherbrooke pourront témoigner de la réussite du projet. De plus, cette réussite sera exhibée devant toute la communauté universitaire ainsi que la ville de Sherbrooke lors de l'exposition Mécagéniale. Visibilité médiatique (régionale, nationale et internationale) Comme il s agit d un projet universitaire, l'innovation y est naturelle. La communauté de recherche s'étend à l échelle internationale et une découverte de cette envergure peut s avérer très prometteuse. De plus, la course automobile étant un sport populaire en Amérique du Nord, la simulation de ces courses y est en constante progression. Un pareil simulateur sera reconnu de toute part dans le marché. Il importe donc de noter que les logos des partenaires seront affichés sur le site Internet du projet G-Force ( www.gforcesim.ca ) de même qu un hyperlien vers le site Internet du partenaire. Commanditaire Principal et Visibilité Inhérente Le commanditaire principal se verra offrir la possibilité d emprunter le simulateur pour ses propres événements et ainsi d en faire bénéficier ses associés et clients. Par l entremise de ces événements, les autres commanditaires du projets bénéficieront également d une vitrine publicitaire. Visibilité à des Événements Nationaux et Internationaux L'équipe GForce est en constante recherche de nouveaux évènements ou concours auxquels le simulateur pourrait être présenté, dans l'optique d'améliorer la visibilité du projet et du même fait, de ses partenaires. Ceci permettrait au commanditaire de s'afficher lors d'un évènement d'envergure planétaire sans toutefois devoir investir pour y participer. (Le type d'événements ciblés sont : Foires de jeux vidéo, Grand Prix, Nascar, etc.) Résumé de la visibilité offerte au commanditaire Votre logo affiché sur notre site Internet Votre logo affiché lors des présentations et kiosques de visibilité > 5000 $ > 3000 $ > 1000 $ > 500 $ < 500 $ Votre logo sur nos articles promotionnels Votre logo dans le rapport technique final Votre logo sur notre simulateur Logo affiché sur la page d accueil de notre site Internet Invitation à vous joindre à nous lors des essais finaux Coque du simulateur aux couleurs de votre entreprise Distribution du matériel promotionnel du commanditaire Possibilité d emprunter le simulateur pour vos événements Sans dimensions relatives Très grandes dimensions Grandes dimensions Moyennes dimensions Petites dimensions Principal Platine Or Argent Bronze 11
BUDGET Dépenses Structure.............................. 2 800 $ Déplacements et vibrations................ 3 000 $ Communication PC-Simulateur............. 3 000 $ Contrôle et direction...................... 1 500 $ Siège................................. 2 500 $ Sécurité................................ 250 $ Quincaillerie............................. 900 $ Fonctionnement et représentation........... 1 000 $ Autres dépenses et contingences............ 3 800 $ TOTAL DES DÉPENSES................. 18 750$ Revenus Commandites en argent.................. 11 750 $ Commandites en matériel et services......... 3 000 $ Collectes de fonds....................... 2 500 $ Mise de fonds initiale de l équipe............. 1 500 $ TOTAL DES REVENUS.................. 18 750 $ 12
COORDONNÉES L'équipe G-Force vous remercie de l'attention que vous avez portée à ce document de commandite. Nous espérons vous compter parmi nos partenaires. Si vous avez des questions ou des commentaires, n'hésitez pas à communiquer avec notre équipe, qui se fera un plaisir de vous répondre. Marc-Antoine Turcotte Coordonateur technique et responsable du siège et des déplacements MTurcotte@GForceSim.ca Julien Bertrand Coordonateur administratif et responsable de l intégration structurelle JBertrand@GForceSim.ca Équipe G-Force Université de Sherbrooke Faculté de génie Magasin, A/S G-Force 2500, boulevard de l Université Sherbrooke, Qué. J1K 2R1 www.gforcesim.ca gforce@gforcesim.ca 13
Faculté de génie g r a p h i s m e p a r : d a n i e l. b e n o n i @ g m a i l. c o m