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CONCOURS GENERAL DES LYCEES SESSION 2007 Sciences de l’ingénieur Durée : 5 heur

CONCOURS GENERAL DES LYCEES SESSION 2007 Sciences de l’ingénieur Durée : 5 heures Système de transport individuel intelligent CONTENU DU DOSSIER : DOSSIER QUESTIONS : document de 11 pages DOSSIER TECHNIQUE : documents DT01 à DT13 DOCUMENTS REPONSES : feuilles réponses DR01 à DR05 Page 1 sur 11 Système de transport individuel intelligent 1. PRESENTATION DE L’ETUDE 1.1. INTRODUCTION : Depuis le début des années 90, des instituts de recherche tels que l’INRIA (Institut National de Recher- che en Informatique et Automatique) ont engagé d’importantes études sur les flottes de véhicules auto- matiques intelligents. Ce nouveau système de transport public individuel s’appuie sur des petits véhicu- les électriques conçus spécialement pour desservir des zones d’accès difficiles : - Centres urbains historiques ; - Gares et aéroports ; - Campus universitaires ; - Complexes hôteliers ; - Sites industriels. Ces véhicules sont particulièrement aisés d’utilisation : - Contrôle d’accès par carte ; - Pilotage à l’aide d’un joystick ; - Service poste à poste (prise et dépose du véhi- cule en tout lieu) ; - Parking et charge automatique des batteries ; - Système de supervision centralisée… La suite du sujet traitera de la proposition technique d’une entreprise (ici le fournisseur), en réponse à un appel d’offre européen défini par un CCTP (cahier de clauses techniques particulières). Ce projet concerne le transport de personnes sur un site industriel existant. 1.2. ELEMENTS EXTRAITS DU CCTP : Une importante entreprise (ici le client) de réalisation de mobiliers d’extérieur, essentiellement en bois, souhaite équiper son site industriel de véhicules pro- pres et autonomes pour la visite de son site. En rela- tion fréquente avec des élus et des collectivités terri- toriales, elle privilégie la transparence et la qualité de ses productions, associées à une image de protection de l’environnement. Elle proscrit l’usage de pistes goudronnées au profit de chemins gravillonnés s’intégrant mieux à son site paysager bordé par un cours d’eau. Caractéristiques de l’équipement : - Nombre de véhicules de la flotte : environ 10 ; - Capacité de charge : 4 personnes ou 300 kg ; - Autonomie : > 30 km ; - Vitesse moyenne en extérieur : 16 km/h ; - Coût prévisionnel global : 250 k€ ; - Le document DT01 représente le plan d’implantation du site à équiper. 1.3. PRESENTATION DE LA SOLUTION ROBUCAR La société française ROBOSOFT qui est spécialisée dans les solutions de robotique, commercialise plu- sieurs types de bases électriques autonomes à roues, sans conducteur et filoguidées, destinées à évoluer dans des milieux sains ou hostiles, ou à accomplir des missions spécifiques (transports dangereux, démi- nage, explorations …). La solution retenue ici est la base « Robucar ». Elle se décline en plusieurs versions suivant l’utilisation finale que réclame le client. A cet égard, le document DT01 présente les caractéristiques techniques des Fig 1 : Véhicules autonomes en situation urbaine Fig 2 : Circuit pour voitures autonomes Page 2 sur 11 deux principales déclinaisons de la gamme Robu- car, une version route d’une part et une version tout terrain d’autre part. Deux ponts identiques et indépendants, caractéris- tiques de cette gamme, constituent la partie cycle du Robucar (DT01, DT02 et Fig 4). Un pont comporte : - deux roues entraînées chacune par un motoré- ducteur électrique 48V et ralenties par un frein électromagnétique à manque de courant ; - une commande de braquage mue par un vérin électrique 48V ; - un dispositif de suspension à 2 triangles su- perposés (type Mac Pherson). Sur chaque pont, les motoréducteurs et le vérin sont gérés par un calculateur à microcontrôleur. Un bus de terrain assure la liaison entre les deux calculateurs et un PC embarqué. Celui-ci communique à l’occasion avec le PC extérieur de supervision par une liaison sans fil (DT06, DT07 et Fig 5). 1.4. EXPRESSION DU BESOIN : Le groupe de pilotage du fournisseur, chargé du suivi du projet, met en évidence une liste de contraintes sur lesquelles il conviendra d’être particulièrement vigilant : C1. Franchir le dos d’âne à l’entrée et à la sortie des sas de nettoyage des roues ; C2. Gravir les pentes maximales du circuit ; C3. Respecter la norme d’accélération SAE J227C imposée sur les véhicules électriques (DT03) ; C4. Assurer la trajectoire dans les courbes sur revêtement gravillonné ; C5. Réaliser un demi-tour dans les zones d’arrêt ou de demi-tour ; C6. Accepter le guidage par technologie laser à l’intérieur des enceintes industrielles ; C7. Prendre en compte le recyclage des batteries. Le jour de la présentation du projet par le fournisseur (Robosoft) au client, les ingénieurs retiennent la démar- che suivante : faire faire un tour de piste au client. Î Question 1A : A partir de l’analyse du circuit, identifier parmi les 7 contraintes, celles qui sont mobi- lisées dans les 3 colonnes non remplies du tableau (DR05). commande différen- tielle de vitesses commande de braquage PC embarqué moteur M moteur M moteur M Vérin électrique D moteur M Vérin électrique D Fig 3 : Robucar en version route Fig 4 : Schéma synoptique de commande Fig 5 : Organisation de la communication Page 3 sur 11 2. ETUDE DE LA PROPULSION L’objet de cette étude consiste à valider les solutions techniques retenues par le constructeur pour satisfaire les conditions : - C2 Gravir les pentes maximales du circuit ; - C3 Respecter la norme d’accélération SAE J227C imposée sur les véhicules électriques. 2.1. ETUDE PRELIMINAIRE ; EXPRESSION DU COUPLE D’UN MOTEUR (version « route » du Robucar) : On appelle FT la force de propulsion nécessaire pour faire avancer le véhicule. Le véhicule est entraîné en ligne droite par les quatre moteurs de roues. Î Question 2A : En reprenant les définitions de la puissance mécanique, déterminer la relation entre le couple CR à fournir à chaque roue et la force de pro- pulsion dans le cas d’une répartition égale de l’énergie sur chaque roue. On se limitera par la suite à l’étude de la motorisation sur une roue. Les chaînes d’information et d’énergie de la motorisation sont représentées ci-dessous sous forme d’un schéma bloc. Le document DT02 donne les caractéristiques du moteur électrique. Î Question 2B : - Déterminer le rapport de transmission théorique CHASSIS MOTEUR CHASSIS ROUE T r / / ω ω = entre la vitesse de rotation d’une roue et la vitesse de rotation du moteur pour obtenir la vitesse maxi précisée dans les carac- téristiques du Robucar. - Exprimer le couple CM que doit fournir l’arbre moteur sur l’arbre du réducteur en fonction du cou- ple fourni par l’arbre de sortie du réducteur sur une roue. - Exprimer enfin le couple CM en fonction de la force de propulsion FT. 2.2. CONTROLE DE LA VITESSE DE ROTATION D’UNE ROUE (DT02, DT06, DT07, DT08) : La mesure de la rotation du moteur est réalisée par un codeur incrémental fixé sur l’arbre du moteur. Les 2 pistes du disque rotatif sont divisées en intervalles d’angles égaux alternative- ment opaques et transparents. Le rapport de réduction global choisi par le constructeur entre un moteur et une roue est de 15. Chaîne d’énergie DISTRIBUER Relais Variateur CONVERTIR Moteur et Codeur TRANSMETTRE Réducteur primaire Réducteur secondaire Energie électrique Tension continue Information de position Ordres de commande ACQUERIR cb555 TRAITER cb555 Chaîne d’information Consigne de vitesse Vers PC extérieur COMMUNIQUER cb555 Information de vitesse Energie mécanique Page 4 sur 11 Î Question 2C : - Le codeur incrémental choisi est le GI338 1 22 41 15. Indiquer les caractéristiques du signal de sortie. - Vérifier sa compatibilité en vitesse avec le moteur. - Calculer la fréquence de commutation de l’étage de sortie du codeur pour la vitesse maximale de Robucar. - Le véhicule se déplace à sa vitesse maximale et le codeur tourne dans le sens horaire. Tracer les signaux A et B fournis par le codeur. Indiquer les valeurs particulières. Î Question 2D : - Compléter l’algorigramme (DR05) permettant de détecter le sens de rotation de la roue. - Quelle est la précision dans le contrôle du déplacement du véhicule (en mm) ? 2.3. COMMANDE D’UN MOTEUR : (DT06 ET DT11) Le véhicule à l’arrêt a les freins serrés. Avant de commander les moteurs pour démarrer, il est nécessaire de débloquer les freins. Schéma de commande du moteur avant gauche : Î Question 2E : - Quel est le type de signal aux bornes C, WD et S ? - Quels doivent être les états de ces signaux, lors du démarrage ? Justifier la réponse. En cas de problème du calculateur (logiciel ou matériel), le chien de garde (watchdog) passe à son état actif. Î Question 2F : Quelle est la conséquence sur le fonctionnement du véhicule ? 2.4. VERIFICATION DE LA CONDITION C2 - FRANCHISSEMENT D’UNE RAMPE : Suivant les situations rencontrées, la force de propulsion est la somme de plusieurs composantes parmi celles énumérées ci-dessous : - La force de pénétration dans l’air (on la négligera ici étant donnée la faible vitesse du véhicule) ; - La force de résistance au roulement : λ . uploads/Industriel/ cglycees-2007-sujet.pdf