ÉTUDE D'UN SYSTEME PLURITECHNIQUE Coefficient : 4 Durée de l'épreuve : 4 heures

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1 BACCALAURÉAT GÉNÉRAL Session TOSME 3 Série S Sciences de 'ngénieur ÉTUDE D'UN SYSTEME PLURTECHNQUE Coefficient : 4 Durée de 'épreuve : 4 heures Aucun document n'est autorisé. Le matérie autorisé comprend toutes es cacuatrices de poche, y compris es cacuatrices programmabesaphanumériques ou à écran graphique, à condition que eur fonctionnement soit autonome et qu'i ne soitpas fait usage d'imprimante, conformément à a circuaire n0998 du 6 novembre 999. Les réponses seront données sur es documents réponses et sur feuie de copie. est conseié de traiter es différentes parties dans 'ordre. FAUTEUL ROULANT ÉLECTRQUE STORM Composition du sujet et sommaire : Un dossier reié "TEXTE DU SUJET" de 8 pages numérotées de à 8 comportant : Une présentation du support : pages à3 Une étude no: Anayse des choix des soutions constmctives. Page 4 durée conseiée : 30 mu barème indicatif : 3 points Une étude n02: Régage du siège à partir du boîtier de commande. pages 4 à 5 durée conseiée : 70 mn barème indicatif: 6 points Une étude n03: Dimensionnement de a motorisation du vérin éectrique de evage pages 6 à 7 durée conseiée : 70 mn barème indicatif: 6 points Une étude n04: Commande des dépacements. pages 7 à 8 durée conseiée : 70 mn barème indicatif: 5 points Un dossier "DOCUMENTS TECHNQUES" : documents DT à DT4. pages 9 à Un dossier "DOCUMENTS RÉFJONSES~ : documents DR à DR.2. pages 2 à 3 Conseis au candidat : Vérifier que vous disposez bien de tous es documents définis dans e sommaire. La phase d'appropriation d'un système puritechnique passe par a ecture attentive de 'ensembe du sujet. est fortement conseié de consacrer au moins 30 minutes à cette phase de découverte. Un fauteui rouant éectrique procure à une personne soufiant d'un handicap moteur a possibiité de retrouver une certaine autonomie dans ses dépacements. Aujourd'hui es modèes es pus évoués sont motorisés et comportent de nombreux équipements de confort dont 'ergonomie peut être adaptée aux besoins de chaque utiisateur. L'objectif de 'étude est de vaider es soutions techniques en référence à un cahier des charges. BACCALAUJXÉAT GÉNÉRAL Session 2005 Série S Sciences de 'ngénieur page /3

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8 Lois de fonctionnement "~osition du iovstick dédacement du fauteui" La commande des dépacements est obtenue par 'intermédiaire d'un joystick fixé sur 'accoudoir du fauteui. La fiéquence de rotation des roues est proportionnee à 'incinaison du joystick par rapport à a verticae. Les changements de direction sont obtenus par 'orientation du joystick vers a gauche (voir figure 8) ou vers a droite. Voir e document réponses (page 2). On s'intéresse aux trois positions particuières suivantes : Lorsque e joystick est en position, e fauteui se dépace vers 'avant, en igne droite, à a vitesse de 6 kmh. \, '! \ \~ ; Lorsque e joystick est en position 2, a giration du \. Avant. fauteui s'effectue autour d'un axe OZ, tee que OOi = 0,84 m, avec une vitesse du point 0 du châssis par rapport au Droite repère fixe ié au so égae à 3 M. Arrière Lorsque e joystick est en position 3, e fauteui effectue Figure 8 : Vue de dessus du joystick un demitour sur pace en 3 secondes. avec es trois positions à étudier. Question 4 : Compéter e document réponses (page 2) en traçant es vecteurs vitesse des points 0,, J, K, L du châssis par rapport au repère fixe ié au so pour a position n02, et des points, J, K, L du châssis par rapport au repère fixe ié au so pour a position n03. Question 42 : Dans e cas d'un demitour sur 3 du document réponses ), indquer oir se situe e centre instantané de rotation du mouvement de rotation du fauteui par rapport au so. Tracer e demicerce supérieur figurant 'encombrement maxima pour e demitour sur pace et donner son diamètre. Concure sur a maniabiité du siège en référence à a norme SO 793 Gfgure 4). On prendra comme échee graphique mm représente 8,84 mm La vaeur de a fiéquence de rotation de chaque roue est obtenue par moduation de argeur d'impusion de a tension appiquée à chaque moteur par e choix du rapport cycique. En imposant une fiéquence de rotation différente aux deux roues amère, on obtient une trajectoire en virage. Hvpothèses : e coupe résistant (à vaincre par e moteur) est supposé être e même dans es trois cas. a fiéquence de rotation des moteurs est proportionnee au rapport cycique du convertisseur statique (voir e document technique 4 (page )). Question 43 : Pour a position, et en utiisant es données du document technique 4 (page ), pour un dépacement en igne droite à a vitesse de 6 kmih, déterminer a fréquence de rotation de 'arbre moteur puis cacuer e rapport cycique. Pour chacune des trois positions, représenter sur copie es chronogrammes des tensions moteur (un chronogramme est donné en exempe dans e document technique 4 (page )). Par convention, es tensions U, (pour e moteur gauche) et Umd (pour e moteur droit) sont positives orsque e fauteui est en marche avant et négatives quand i est en marche arrière. 5 TOSME 3 BACCALAURÉAT GÉNÉRAL Session 2005 Série S Sciences de 'ngénieur page 8/3

9 _._ Document technique : F.A.S.T. (phase de fonctionnement: utiisation courante) Fonction principae NVEAU Fonction de service NVEAU 2 fonction technique NVEAU 3 soutions technoogiques NVEAU 4 mieu environnant FS TRANSPORTER Entrainer es roues motrices FT2 Pivoter autour d'un axe vertica FT3 Boquer es roues à 'arrêt r Deux moteurs indépendants Deux roues amnt pivotantes Frein à manque d'énergie siège coquie Etat du so Obstaces, tmttoirs Largeur des passages ASSURER L'AUTONOME FS2 S'ADAPTER A LA MORPHOLOGE 4 FS3 MODFER LA POSTON Changer de forme Châssis mécano soudé adaptabe. C,. / FT3 : 4 t s \ '*. : FT32 FT33 FT4 F. Uti~sateur nformer i'vtiisateur L Anicheur Ei de Wiisateur.#', \ t \y;iq 4 : : A :,: ~ETUDER~ *mi* FS4 Recharger es batteries Chargeur Source de courant GÉRER L'ÉNERGE m4s FS5 DALOGUER Optimiser Microcontrôeur 'utiisation de a charge FT5 Adapter a commandeà 'utiisateur FT52 Gérer es mouvements FT53 Hacheur L Cavier de saisie L Boiier de commande Programmeur Main de 'utiisateur 5 TOSME 3 BACCALAURÉAT GÉNÉRAL Session 2005 Série S Sciences de 'ngénieur page 9/3

10 Document technique 2 EXTRAT DU PROTOCOLE 2C : Ordonnancement des informations transmises sur "SDA" d'un circuit PCF 8574 : Bit de Adresse du circuit Bit de ecture Bit Donnée sur huit bits Bit ( Bit sur 7 bits () et écriture d'acquit (poids fort à tement gauche) Objet de 'étude (poids fort à gauche) d'acquit Objet de 'étude tement d'arrêt Exempe d'écriture de mot : La donnée O0 doit être écrite sur e port d'un circuit PCF 8574 dont es fis d'adresse A2, A, A0 sont respectivement connectés à 5 vots, Ovot,?vots. Adresse : 0000, bit de ectureécriture :O. Le mot à transmettre est donc O O0 O O O O. DOCUMENTATON SUR LES COMPOSANTS ELECTRONQUES. PCF8574 Circuit PCF 8574 : i permet 'écriture et a ecture sur son port Bits A2, A, A0 : à définir par 'utiisateur d'in mot de huit bits (PO à P7, PO étant e poids faibe). Ces huit bits sont transmis en série sur e fi "SDA" après avoir indiqué SDA 'adresse du circuit, suivi du bit RiW. Cette SCL adresse (voir cicontre) est donnée sur sept NT bits dont es quatre de poids fort sont définis par e fabricant. Les trois autres sont P7 connectés au niveau haut ou au niveau bas seon 'adresse souhaitée comme e montre e tabeau cidessus. Lors de a transmission avec e rnicrocontrôeur, synchronisée avec e signa d'horoge SCL, e bit R/W est à 'état haut si on veut ire 'état du port et à 'état bas si on veut écrire sur ce port. OWN Circuit com~teurdécompteur BCD 74HC92D : Les sorties QA (poids faibe) à QD fournissent un code BCD incrémenté par une impusion sur 'entrée "UP" et décrémenté par une impusion sur 'entrée "DOWN". CLR : un état haut sur cette entrée met à zéro es sorties QA à QD. LOAD : un état bas sur cette entrée provoque e chargement des sorties QA.à QD avec es vaeurs présentes sur es entrées A à D. ~~8298 Circuit de commande de moteur LM8298 : Ce circuit pemet de commander directement un moteur d'une puissance de 50W à partir d'un signa CMOS ou TTL. EN O OUT2 N2 = O N2= entrées N2 et N N =N2 N =N2 N= N=O Légende : = état haut : O = état bas sorties OUT BACCALAURÉAT GÉNÉRAL Session 2005 Série S Sciences de 'ngénieur page 03 24v Ov Mode "fiein" arrêt OUT2 Ov 24v

11 Document technique 3 : SCHÉMA DES CARTES ÉLECTRONQUES DU BOÎTER DE r Connexions a( VDD U4 : PCF8574 partie éectronique du boîtier de commande ; microcontrô$ur 5v BUS 2C A0 A P P2 SCL SDA j AZ. *. PO U : 74HC92D P3 a. SDA P4 CLR Afficheur dd SCL P5, code moteu! NT P6 >UP P7 ' CO sens +. XOWN BO VDD h. LOAD.A QA. P. 7,+ 0 QB r C QC L; L,D QD U5 : PCF8574 i VDD 5v A0 PO A P PZ A2 P3 SDA P4 t SCL PS P7 Boutons du boîtier ; 4 P.NT P6 connexions au motoréducteur du dossier (code = 4). a! Partie interface du vers es autres interfaces Document technique 4 : CARACTERST~ES DE LA CHANE DE PROPULS~ Convertisseurs statiques et moteur : pour un rapport cycique de, a tension U, est constante et égae à 24V. La fréquence de rotation du moteur est de 800 tr/mn LLi pour un coupe résistant correspondant à un dépacement du fauteui sur terrain pat. ov t (ms) pour obtenir une fiéquence inférieure, a tension est hachée. Ci 24v O 2 3 contre e chronogramme des tensions Umd et Umg pour un 4 umd = umn dépacement rectiigne du fauteui en marche avant avec un rapport cycique inférieur à : 24V Schéma cinématique du réducteur : ov 9 C c c Réducteur à deux étages: Le premier étage de réduction est constitué d'un coupe roue tangente et vis sans fin à trois fiets et e deuxième d'un coupe d'engrenages à denture droite. Vis sans fin Roue 2 Pignon 3 iée au rotor Roue 4 Nf=3fiets Z2=3 Z3=25 Z4=43 ~ Roues motrices : diamètre D = 355 mm. Empattement des roues motrices e = 0,56m. roue 2 y, h i' rotor roue 4 ;Ji roue motrice L ' \pignon 3 BACCALAURÉAT GÉNÉRAL Session 2005 Série S Sciences de 'ngénieur page /3

12 2 Vue arrière du châssis Position 2: virage à gauche Compéter a vue de dessus en traçant es vecteurs vitesse des points 0,, J, K, L du châssis par rapport au repère fixe ié au so. Échee : 0mm e km/;h Roue. gauche empattement = 560 Vue de dessus () '? Position 3 : un demitour sur pace dans un espace minima est possibe en choisissant convenabement es fréquences de rotation des moteurs des deux roues (demitour dans un couoir). Compéter a vue de dessus en traçant es vecteurs vitesse des points, J, K, L du châssis par rapport au repére$xe ié au so. Échee : 0mm e kmh. 'P Vue de dessus (2) (a; 5 TOSME 3 BACCALAURÉAT GÉNÉRAL Session 2005 Série S Sciences de 'ngénieur page 2/3

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