Exercice Sous-partie 1 - Cinématique et transmission · Bac Sciences de l'Ingénieur Métropole 2022 (sujet 1)

Partie 1 - sciences de l'ingénieur

Transporteur « NINO »

Les engins de déplacement personnels motorisés (EDPM), tels que les trottinettes ou skateboards électriques, hoverboards, gyropodes, mono-roues connaissent un essor de plus en plus important. Ces nouveaux modes de déplacement urbains séduisent car ils participent à une mobilité plus rapide, plus économique et plus respectueuse de l'environnement. Depuis 2019, leur usage est réglementé avec une catégorie spécifique dans le code de la route. Leur utilisation sur les trottoirs est notamment interdite.

Les fauteuils roulants électriques ne font pas partie de cette catégorie car les personnes en situation de handicap sont considérées comme des piétons.

La société NINO Robotics a mis au point un transporteur urbain connecté, le NINO fonctionnant sur le principe du gyropode et utilisable par tous.

Comme les EDPM, le transporteur NINO peut être utilisé en mode rapide sur les bandes ou pistes cyclables, et sur les voies vertes. Il peut aussi être utilisé en mode piéton comme un fauteuil roulant électrique classique pour se déplacer sur les trottoirs, dans des bâtiments, prendre l'ascenseur, etc. La figure 1 illustre le diagramme de cas d'utilisation du transporteur NINO.

Une application Ninedroid pour téléphone portable permet de configurer ces modes et d'accéder à des informations: état de charge de la batterie, distance parcourue, etc.

Pour rompre avec l'image négative de certains fauteuils roulants qui évoquent le vieillissement, la maladie et la perte d'autonomie, les concepteurs ont apporté un soin particulier au design pour proposer un produit fonctionnel et esthétique (figure 2).

Le transporteur NINO est un système auto-balancé dont le fonctionnement peut être illustré en prenant exemple sur le corps humain. Quand une personne se penche en avant, son cerveau, alerté par l'oreille interne, constate la perte d'équilibre. Pour éviter la chute et rétablir l'équilibre, le cerveau ordonne aux jambes d'avancer plus ou moins vite. Au lieu de tomber, la personne se déplace.

Sur le transporteur NINO, ce déplacement est assuré par deux roues entraînées par deux chaînes de puissance indépendantes.

Le transfert de la personne à l'arrêt pour monter ou descendre du siège nécessite également de maintenir l'équilibre du transporteur NINO.

Après la phase transitoire de stabilisation, si le passager conserve une inclinaison du buste constante $\alpha$, l'étude dynamique montre que le transporteur accélère selon la relation:

$$A = -2,1 \cdot \alpha \quad \text{avec } A \text{ en } \mathrm{m\cdot s^{-2}} \text{ et } \alpha \text{ en radians. }$$

Question 1.4

Indiquer la nature du mouvement du NINO par rapport au sol. Pour la consigne d'inclinaison $\alpha = 30^\circ$ lors d'un freinage d'urgence, déterminer l'accélération $A$.

Le fabricant préconise une vitesse maximale de $10\ \mathrm{km\cdot h^{-1}}$ dans l'espace public (Id.1.2 de la figure 3). Dans ce cas, la distance d'arrêt ne doit pas dépasser $4\ \mathrm{m}$ (Id.1.4 de la figure 3).

Question 1.5

Déterminer la durée puis la distance de freinage dans l'espace public. À l'aide de la figure 3, conclure sur le respect de l'exigence relative au freinage d'urgence.