Bonjour à tous et plus particulièrement à nos amis de l'enseignement!
Le futur tronc commun pour l'enseignement Belge fait apparaître un nouveau programme nommé Formation Manuelle Technique Technologique et Numérique (pour connu sous l'acronyme FMTTN).
Ce sujet fait couler beaucoup d'encre avec un grand questionnement de nos amis enseignants.
Lors de la "journée du Virage numérique" organisé par le SeGec et à laquelle MCHobby participait, nous avons eu l'occasion d'entamer une réflexion avec Philippe Godts sur les outils pratiques au support du FMTTN.
Ainsi est né le projet "STEM Belgian Knife" (SBK en cours), une sorte de couteau Suisse Belge destiné à faciliter l'intégration du numérique dans le cursus mais aussi dans les activités STEM.
Actuellement orienté vers le premier degré secondaire, SBK est un DataLogger intelligent capable d'identifier le/les capteurs qui y est/sont connecté/s, d'afficher les données physiques. Il permet même de créer un fichier Excel (CSV) en vue d'un traitement sur tableur.
Cliquer pour agrandir
SBK est conçu pour être:
Abordable : une nécessité dans l'enseignement!
Evolutif : recevoir de nouveaux capteurs et ainsi répondre à de nouvelles expériences
Solide : les petites mains ne sont pas forcement tendre avec le matériel.
Réparable : le matériel sera manipulé, il va donc souffrir!
Avancées du projet
Le projet avance plutôt rapidement avec des validations qui se succèdent a rythme soutenu.
Début Juin, c'est le prototype de développement qui fût présenté à la réunion du Segec.
SBK DataLoger en action
Mi juin, c'est les premiers préparatifs de l'interface graphique.
Vers fin juin, passage en multi-thread et gestion des traitements concurrents pour dissocier affichage et acquisition de données. Test d'échantillonnage avec plus de 10 millions d'acquisition sans plantage!
10 Millions d'échantillons
Test en situation
Dès la rentrée prochaine (sept 2025), le projet passe en phase de pré-test auprès de deux professeurs du secondaire
Enfermez des Makers dans un garage avec une VW Polo et voilà qu'ils décident de RetroFitter la Polo!
Découvrez donc les aventures de Loïc, Thibault et Marc... des Makers avec des idées démesurées pour un projet hors normes. Merci à eux de partager leur expérience!
Qu'est-ce que le RetroFit ?
C'est
une opération qui consiste à enlever le moteur thermique et le réservoir
d'un véhicule pour remplacer le tout avec un moteur électrique et des batteries.
Grâce à Internet, il est aujourd'hui possible d'acheter des moteurs électriques de voiture, les batteries ad-hoc et même le BMS (gestion d'alimentation et contrôle moteur).
Ne vous attendez à des colis style Amazon mais plutôt à des livraisons au transpalette!
Piloter une Polo avec des Raspberry-Pi et des Arduino
Dans l'univers des Makers, il arrive régulièrement qu'on y croise des personnes aux idées qu'on pourrait parfois qualifier de farfelues... Loïc, Thibault et Marc entrent probablement dans cette catégorie de personnes qui décident de passer leur temps libre sur des projets inhabituels.
Ils se sont mis pour défi de prendre une Volkswagen Polo de 2007, d'y mettre un moteur électrique de Nissan Leaf de 2013 à l'intérieur, une batterie de Nissan nv200 et de modifier la polo pour la préparer en vue d'une conduite autonome en milieu contrôlé, rien que ça...
Un projet issu d'une réflexion sur la durabilité des véhicules
Le Retrofit de véhicule est présenté comme une des solutions possibles à la décarbonation du transport individuel.
Le RetroFit permet de capitaliser sur l'empreinte carbone déjà existante du véhicule thermique en partant de l'hypothèse que le modifier pour rouler en électrique aura une empreinte carbone moins importante que d'acheter un tout nouveau véhicule électrique (et envoyer le véhicule existant à la casse).
Le terme "RetroFit" est également utilisé dans d'autres contextes, notamment pour l'augmentation d'engins de chantier ou agricoles avec de nouvelles technologies, comme par exemple de la conduite autonome, avec ou sans électrification de la motorisation, ou encore dans l'amélioration/conversion de machines lourdes industrielles, fixes ou mobiles.
La question que Loïc, Thibault et Marc se sont posée est la suivante:
En pratique, quel est le coût et l'effort nécessaire pour le rétrofit d'un véhicule, que ce soit en terme de modifications mécaniques, logicielles et/ou technologiques au sens large, afin de l'amener au niveau des véhicules actuels ?". Avec une autre sous-question: "Est-ce que cela en vaut vraiment la peine ?
La question de la viabilité économique du RetroFit d'un véhicule est un sujet d'actualité. Bien que populaire dans certains pays pour la conversion de voitures personnelles qualifiées d'ancêtres, la question reste ouverte pour les véhicules plus récents sans oublier les véhicules plus lourds (camions, engins de chantiers, engins agricoles, bateaux).
Que l'on RetroFit n'importe quel véhicule, la démarche reste la même, mais l'espace et l'outillage nécessaire peuvent changer... Pour cette petite équipe de Makers, il était plus simple de travailler dans une garage sur une citadine que sur un semi-remorque.
Des choix techniques
Un des obstacles lorsque l'on change les composants d'une
voiture par d'autres qui n'étaient pas
prévus à l'origine, c'est de les faire communiquer ensembles... Par chance, en 2007, une quantité importante de fonctions de la voiture
communiquaient déjà sur un bus de communication toujours d'usage aujourd'hui, le bus de données CAN.
Le bus CAN est utilisé principalement
dans l'automobile mais se rencontre aussi dans la plupart des machines
industrielles et l'aéronautique.
Dans l'exemple qui nous occupe: placer un moteur
électrique de Nissan dans une Polo laisse entrevoir les premières incompatibilités. Les messages que la Polo échange sur
son bus de données sont différents de ceux attendus par le moteur Nissan
et vice versa. Il est donc nécessaire de créer un système de
"traduction" entre les deux permettant à ces composants de s'échanger des informations. Tout composant ajouté à la voiture, et qui n'est pas
supporté par celui-ci, doit passer par ce système de
traduction.
Ce système de traduction est créé avec des Raspberry-Pi 4 et des Arduino R4 !
Une bonne dose de rétro-ingénierie a été nécessaire pour identifier les messages CAN a supporter sur
leur système. Les constructeurs n'étant pas très enclin à partager la documentation de ces messages avec le grand public !
Ainsi est né le projet OVCS : Open Vehicule Control System!
Leur plateforme OVCS est composés de plusieurs éléments:
Le VMS : Vehicle Management System qui est le cerveau et s'occupe de
la traduction et du routage des messages vers les bus de communications
concernés. Tous les composants existants de la voiture y sont
connectés, ainsi que les contrôleurs et l'infotainment.
Les contrôleurs : ils permettent d'augmenter des fonctions
analogiques et/ou digitales de la voiture qui peuvent être ajoutés sur le bus de
communication. Par exemple, permettre à la pédale analogique d'accélération de la Polo d'envoyer des messages sur le bus CAN. Ces contrôleurs peuvent aussi activer les relais de charge et de pré-charge du moteur.
L'infotainment : est un module optionnel qui permet d'ajouter
un écran tactile. Cet écran fourni des informations
utiles au conducteur et permettra de configurer des paramètres du véhicule. L'infotainment est également une interface de choix pour visualiser des informations de diagnostic.
Le projet OVCS combine donc plusieurs bus de données agrégés par le VMS (Vehicule Management System), une architecture qui ressemble à ceci
Architecture du projet OCVS
Le VMS est constitué de:
3x Raspberry-PI 4 (pour assurer de la redondance dans le futur)
1x "hub" SPI fait maison permettant d'y connecter jusqu'à 12 bus de données CAN grâce à des MCP2518fd
1x alimentation faite maison pour le tout
Les contrôleurs sont constitués de:
1x Arduino R4 Minima
1x module SPI CAN (mcp2515)
VMS à l'étape de prototype
Gros plan sur les Raspberry-Pi (aussi visible sur la gauche du panneau ci-dessus)
Les firmwares des Rasbpberry-Pi sont développés sur une plateforme appelée Nerves qui utilise un langage de haut niveau, basé sur Erlang et appelé Elixir.
Elixir est un langage particulièrement adapté à leur cas grâce au concept de programmation appelé
"pattern-matching" (filtrage par motif) idéal pour le traitement des messages
CAN envoyés en continu sur le bus.
Enfin pour gérer la charge et la décharge de la batterie, l'équipe s'est rabattue sur un Battery Management System Orion configurable (aussi appelé BMS). Il est assez incroyable de pouvoir acheter un tel dispositif directement sur Internet.
Les modifications mécaniques
Trouver le moteur électrique qui pouvait rentrer correctement dans
l'espace laissé disponible une fois le moteur diesel retiré n'aura
certainement pas été chose facile.
Au delà de la problématique des échanges de données entre les
composants de marques différentes, il reste la question de la connexion physique.
En effet, un moteur de Nissan n'aura
pas les mêmes fixations de châssis que ceux disponibles dans la Polo pour son moteur diesel.
Le nouveau moteur n'a pas la même empreinte que
l'ancien et est donc physiquement incompatible avec la boîte de vitesse
de la Polo. Il faut fabriquer des pièces sur mesure pour cette
combinaison exotique.
De nouvelles fixations
pour le moteur électrique ont été soudés sur le châssis de la Polo.
Moteur électrique monté sur les nouvelles fixations de la Polo
Deux pièces de connexion "sur mesure" furent
fabriquées grâce à une découpeuse CNC et un tour à métaux.
Coupleur fabriqué spécialement pour le projet
Empreinte prototype du socle côté moteur électrique
Découpe à la CNC
Essayage sur moteur
Brasure
Il est enfin possible de connecter le moteur électrique Nissan sur la boîte de vitesse de la Polo!
Il faut maintenant considérer l'ajout du BMS et des batteries qui représentent eux aussi un volume non négligeable.
D'autres modifications et fabrications
ont été nécessaires pour placer les batteries. Trois bacs en aluminium ont été fabriqués afin d’accueillir les différentes cellules et des modifications de
carrosserie ont été apportées à la voiture afin de placer les 3 bacs au
mieux dans l'espace disponible:
Le réceptacle de la roue de secours a été enlevé afin de placer 2 bacs de cellules juste en dessous de la voiture
Le réservoir a été enlevé afin de permettre d'y insérer le troisième bac de cellules.
Ajout des bacs à l'arrière pour les batteries
Au delà de ces changements nécessaires pour la modification, les trains
avant et arrières ont été complètement rénovés et la voiture a été
équipée de nouveaux freins a disque aux 4 roues ainsi que de nouvelles
suspensions.
Et ça roule ?
La voiture n'est pas encore sortie du garage mais les roues tournent !
La plateforme développée permet de tester la communication
entre tous les composants et de faire tourner les roues lorsqu'on appuie
sur la pédale d'accélération.
Voyez les deux vidéos suivantes disponibles sur GitHub:
Plusieurs adaptations ont d'ailleurs été faites afin de rendre ce RetroFit le plus "naturel" possible:
La clé de la polo enclenche les relais permettant au moteur de tourner
L'indicateur de tours par minute sur le tableau de bord de la polo affiche bien les tours par minute du moteur électrique
L'infotainment indique le statut de plusieurs
composants (frein à main, phares , ...)
La solution est pour le moment au stade de prototype
fonctionnel.
L'équipe est occupée à recâbler la voiture et y connecte batteries et composants du système afin de pouvoir sortir la voiture du
garage !
Etapes vers la conduite autonome
Il reste encore du chemin à parcourir avant d'en faire un
véhicule d'expérimentation de conduite autonome,
et en particulier:
Changer la colonne de direction: La colonne de direction d'origine ne permet pas le contrôle électronique.
Changer le système de freinage: Dans les anciennes voitures,
les servo freins utilisent la dépression créée par le moteur pour
activer un piston et fournir une assistance au freinage. Difficile à
faire avec un moteur électrique...
Améliorer le logiciel: Poursuivre le développement et s'assurer suffisamment de redondance.
Plusieurs phases de tests en milieu contrôlé permettrons de tester la voiture en conduite manuelle... et peut-être, un
jour, de tester la conduite autonome !
Le coût et les efforts
L'équipe à bien entendu son avis concernant les questions du coût d'un RetroFit et des efforts nécessaires pour mener un tel projet à bien!
Le plus lourd dans un rétrofit est l'élaboration du kit de conversion en
lui même. Ce kit sera compatible avec un nombre très limité de
composants et de modèles de voitures. Si on compare avec toutes les
combinaisons possibles de modèles, de moteurs électriques et de
batteries, on se rend vite compte que la mise à l'échelle de ce genre de
conversion n'est pas une mince affaire. Sur le plan écologique, la conversion
d'un véhicule reste la meilleure manière de capitaliser sur son
empreinte carbone existante, mais économiquement, à part dans certains
cas précis et à petite échelle, il est difficile de se dire que cela
vaut vraiment le coup! Pour les ancêtres c'est une autre histoire, il y a
souvent un aspect émotionnel qui transcende la question du prix consenti à la
conversion. Pour les véhicules plus grands ou plus
onéreux, cela peut avoir plus de sens. Un semi remorque avec 25 tonnes
de charge utile peut se permettre de transporter 3 tonnes de batteries,
sa charge utile restant encore de 22 tonnes. Au final, c'est le
rapport coût/bénéfice qui dirigera le choix de RetroFitter ou pas des véhicules lourds.
Un accès grand publique aux protocoles CAN des ancêtres
Une manière de réduire le prix de la fabrication des kits serait
d'avoir un accès plus facile aux spécifications des véhicules considérés
en fin de vie par leurs constructeurs (+ de 10 ans par exemple). Ainsi une documentation publique ou sur demande des messages permettant de
faire fonctionner les composants utilisés (les fameux messages CAN) éviterait une fastidieuse et coûteuse phase de retro-ingénierie.
Malheureusement, ce n'est pas vraiment dans l'intérêt des constructeurs
de fournir ces informations mais on peut se poser cette question
légitime: Si on achète un véhicule ou un composant précis, ne devrait-on
pas pouvoir utiliser chaque composant individuellement comme bon nous
semble ? La situation actuelle nous paraît contradictoire avec la notion
de "right to repair" qui est de plus en plus poussée au niveau
Européen. Nous verrons dans quelle mesure le secteur automobile sera
impacté par les futures évolutions de ce côté là.
Découvrir, apprendre et partager
Au delà de l'aspect RetroFit, ce projet est avant tout
une opportunité d'apprentissage énorme. On ne peut mener à bien ce
projet que si l'on est une équipe pluridisciplinaire qui maîtrise à la
fois la mécanique, la fabrication, le software et le hardware. Nous
avons la chance d'avoir suffisamment de connaissances dans tous ces
domaines pour mener un tel à bien. Certains payent, parfois des sommes
importantes, pour assister à des formations, nous avons choisi la voie de
l'apprentissage par projet ! A chaque obstacle nous discutons ensemble
des options, chacun apporte sa contribution, on teste et voit ce qui
marche ou pas. A ce stade, nous ne savons pas encore jusqu'où va nous mener ce
projet, mais cela nous donne déjà plusieurs idées sur le genre
d'activités que l'on pourrait développer par la suite. On se donne
encore quelques mois avant de faire le point. Tout le travail effectué
sera documenté et rendu public.
Conclusion
Pour un projet démarré en 2024, je trouve que les résultats atteint en Juin 2024 sont particulièrement impressionnant.
Nous sommes loin du petit bricolage robotique du dimanche... juste quelques niveaux au dessus de nos bricolages de Makers.
En même temps, le projet est conduit dans un modeste garage avec des moyens mécaniques qui restent financièrement abordables.
Ceci étant, se lancer dans l'achat d'un moteur électrique, des batteries et d'un BMS de voiture pour réaliser un tel projet est franchement culotté.
Merci à Marc, Thibault et Loïc pour le partage de leur projet, information, vidéo et article. Vivement la suite!
Ressources
dépôt d'OVCS - Open Vehicule Control System (Github)
Voici un robot crée en Lego Technique pour créer des tableaux de type PixelArt en Lego.
Une idée très intéressante faisant intervenir une IA pour générer l'image (1024x1024px) et des techniques de simplifications d'image pour descendre la résolution à 32x32px. Ajoutez à cela la réalisation mécanique... c'est un projet vraiment top.
Diminuer la résolution
Si on utilise une application comme Gimp pour diminuer la résolution alors on fini avec un résultat flou et "baveux".
Pour contourner ce problème, l'auteur à divisé l'image 1024x1024px en 32 x 32 carrés.
Les images sont générées en couleurs 24 bits, ce qui fait pas moins de 16 millions de couleurs. 24 bits permet de coder une couleur en RGB (Red, Green, Blue) à raison de 8 bits par couleurs. Sur 8 bits, il est possible de coder un entier de 0 à 255. Cela fait donc 256 tons possibles par couleur fondamentale.
Image 24 bits => 256 tons de rouge * 256 tons de vert * 256 tons de bleu.
Les couleurs Lego
Seulement voilà, il n'existe 70 couleurs de brique Lego. Il n'est par ailleurs pas envisageable d'en utiliser autant pour un robot.
La projet réduit le nombre de couleur à 15 couleurs (plus raisonnable).
Simplification de couleurs
Il faut donc pouvoir réduire les couleurs de 16 Millions à 15 couleurs. Voici l'idée utilisé pour simplifier les couleurs en fonction de celles disponibles.
Il ne reste plus qu'à analyser chaque pixel de l'image 32x32 puis attribuer la couleur simplifiée correspondant à la couleur 24 bits. Sans oublier la couleur de fond... en blanc.
Dans le premier article, je faisais l'investigation d'une HP DesignJet T520 pour voir ce qui était "réparable". Dans le deuxième article, j'ai essayer de tromper le détecteur optique... mais les cartouches coulent...
Cette fois-ci, je vais essayer de démonter la tête pour la nettoyer. voici la suite de cette histoire
3 juin 2024 18:00 : test du ruban Flex ajouté à l'article.
Récupérer le chariot
Après avoir démonter la plaque en bout de rail
Et après avoir retirer la roulette pour libérer la courroie crantée, l'ai essayé de glisser la tête d'impression hors du rail.
Mais pas de chance, je ne vais pas plus loin que cela....
... à cause du ruban Flex qui va jusqu'à la tête d'impression (et qui n'est pas extensible).
Ne sachant pas trop comment m'y prendre, j'ai décidé de libérer le ruban du côté du panneau de contrôle (sur la gauche de l'imprimante)
Et après avoir retiré l'écran LCD et la carte mère... je m’aperçois que les rubans Flex ne sont toujours pas libérés!
Il faut continuer le démontage.
Après le retrait d'une vis supplémentaire, j'ai enfin pu libérer le ruban et enfin extraire la tête du rail.
C'est à ce moment là que je j'ai pu l'arrêter sur le débranchement de la tête.
Les ruban Flex sont maintenu en place par un clips... et pas vraiment facile a extraire.
Nettoyer la tête d'impression
La tête d'impression ne semble pas en mauvais état. Par contre, les traces d'écoulement sont très nettement visible sur la partie droite.
Nettoyer délicatement la tête à l'alcool iso-propylique à l'aide d'un cotton tige.
Par contre, enlever l'accumulation d'encre est un sacré travail. Après quelques heures (oui... littéralement), la tête présente une bien meilleure allure.
La carte mère
c'est le moment de faire un petit détour par la carte mère. Sans pousser les investigations très loin, je remarque immédiatement la présence d'une clé USB!
En voila une façon intéressante de créer espace de stockage temporaire
En insérant la clé dans un système Linux, on y découvre quelques petite choses intéressante.
Deux partition de 34 Mio : type non identifié. A tout les coups, c'est le stockage de firmware et sa copie (en cas d'échec de mise-à-jour)
Une partition de 1.9 Go en Fat (certainement Ext-Fat ), plutôt destiné au stockage de fichiers temporaires car la partition est vide.
Curieux de nature, je voulais jeter un coup d'oeil dans le contenu brute (binaire) de la partition de 34 Mo... pour essayer d'y retrouver des chaînes de texte.
L'identification des partition Linux se fait avec un simple lsblk pour lister les périphérique de type block device.
Puis le contenu de la partition est inspectée en hexadécimal avec xxd /dev/sdb1 .
J'étais étonné de retrouver des chaînes de caractères comme Samsung, Daimler, InnoLux (très certainement l'écran) et quelques autres noms connu.
J'ai fait une copie de cette partition dans un fichier à l'aide de la commande Linux suivante:
dd if=/dev/sdb1 of=hpkey.img conv=sync,noerror
Il est aussi possible faire une copie compressée de la partition avec:
Je vais essayer d'identifier le système de fichiers... puis aller fureter dedans ;-)
Remontage
C'est le moment de remonter l'imprimante dans les règles de l'art.
LES BONNES NOUVELLES:
Elle démarre toujours...c'est une très bonne nouvelle
Elle entame le cycle de nettoyage
Elle ne fuit plus
LES MOINS BONNES NOUVELLES:
Elle ne termine pas le cycle de nettoyage
La pompe à air ne se met pas en route
J'ai de nouveau le beau message d'erreur (ouinnnnn)
Diandre, cette machine va me rendre fou!
Une suite ?
Je me souviens avoir eu des difficultés pour retirer les rubans de la tête d'impression.
Comme j'ai malheureusement tordu l'un des rubans en le sortant de la tête d'impression. je me demande si je n'ai pas rompu l'une ou l'autre piste du ruban Flex.
Je vais donc retirer une nouvelle fois les rubans de la tête d'impression et faire un test de continuité. Comme je sais comment faire, ce sera moins compliqué.
Test du Ruban Flex
J'ai finalement extrait les rubans Flex.
Double ruban Flex allant jusqu'à la tête d'impression
Pas de chance... tous les contacts sont parfaits!
C'est parti pour la récupération
Puisqu'il n'est pas possible de rendre la machine opérationnelle, je vais faire de la récupération.
Il y a pas mal de chose intéressantes:
Le chariot, son axe, moteur pas-à-pas et son système de positionnement.
La motorisation du bac de nettoyage (avec disque de positionnement)
Une mini-pompe à air comprimé et tuyauterie en silicone
Vous cherchez une solution libre pour gérer vos projets ? Ne cherchez plus, Planka est là pour booster votre travail d’équipe !
Avec Planka, fini les tableaux de bord moches et mal foutus. Son interface est tellement intuitive et agréable qu’elle donnerait presque envie de bosser le dimanche. Mais on va quand même éviter hein, faut pas pousser mémé dans les orties. 😅
En plus, l’appli est bourrée de fonctionnalités que je trouve bien pensées pour :
Créer des projets, des tableaux, des listes, des cartes, des labels et des tâches à tire-larigot
Assigner des membres à vos cartes, surveillez le temps passé, fixez des deadlines, ajoutez des pièces jointes et des commentaires pour tenir tout le monde informé
Profiter du support du Markdown dans vos descriptions et commentaires pour mettre en forme vos idées de génie
Filtrer vos cartes par membres et labels pour vous y retrouver dans votre joyeux bordel organisé
Customiser le fond de vos projets pour coller à votre mood du jour (aujourd’hui ce sera papillons et arc-en-ciel 🌈)
Savourer les joies des mises à jour en temps réel pour voir en direct qui a encore déplacé votre carte dans la mauvaise liste
Recevoir des notifications pour ne rien louper, même quand vous faites semblant de bosser en télétravail comme tous les Thierry.
Et bien sûr profiter de Planka dans votre langue favorite (même en Klingon si ça vous chante)
Sous le capot, Planka embarque une stack technique de premier choix avec du React, Redux, Semantic UI…etc. côté client et côté serveur, on retrouve Sails.js, Knex.js et PostgreSQL.
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