Exercice Sous-partie 1 - Traitement de l'information · Bac Sciences de l'Ingénieur Métropole 2023 (sujet 1)

Partie 1 - Sciences de l'ingénieur

Robot anti-incendie

La société EmiControls produit un robot anti-incendie dénommé Turbine Aided Firefighting (TAF35). Il est contrôlé à distance par un opérateur à l'aide d'un pupitre de commande.

Le TAF35 est constitué d'une turbine Magirus portée par un tracteur à chenilles (figure 1). La turbine de projection de l'eau est contrôlée par deux chaînes de puissance: une chaîne dite « d'élévation » et une chaîne dite « d'inclinaison ».

L'opérateur dispose d'un pupitre de commande en liaison radio avec le TAF35. Par son intermédiaire, il peut notamment gérer:

le déplacement du tracteur chenillé;

la mise en position du bloc turbine;

la vitesse de rotation de la turbine et les flux d'eau.

Les chaînes de puissance du TAF35 utilisent l'énergie hydraulique, générée par une pompe accouplée à un moteur diesel. Les actionneurs transformant l'énergie hydraulique en énergie mécanique sont, selon les cas:

des vérins hydrauliques, générant une énergie mécanique de translation, pour la mise en position de la turbine (module hydraulique d'élévation et module hydraulique d'inclinaison);

des moteurs hydrauliques, générant une énergie mécanique de rotation, pour le déplacement, assurée par les chaînes de puissances appelées transmission hydraulique chenille gauche et transmission hydraulique chenille droite, et la mise en rotation de la turbine par le module hydraulique rotation turbine.

Le diagramme de blocs internes [ibd] de la figure 2 montre l'architecture générale du TAF35 et les principaux échanges entre les différents blocs.

Sous-partie 1

Comment assurer la stabilité du véhicule ?

L'objectif de cette sous-partie est de réaliser un programme de mise en sécurité du TAF35 afin d'éviter le basculement du véhicule dans certaines situations critiques.

Le TAF35 est conçu pour évoluer sur tous types de terrains (pistes d'aéroport, routes, terrains arborés et accidentés...). À ce titre, il doit pouvoir être utilisé dans les conditions simultanées suivantes (figure 3):

terrain en pente: il existe un risque de renversement du véhicule en montée comme en descente. Ce mouvement appelé tangage se modélise dans le plan $(\vec{x}, \vec{y})$ comme une rotation autour du point I (limite de la surface d'appui);

terrain en dévers: il existe un risque de basculement si le terrain est trop incliné. Le constructeur a fixé un angle de dévers maximal de 15 degrés et ce, quelle que soit la vitesse du véhicule. Ce mouvement appelé roulis se modélise dans le plan $(\vec{y}, \vec{z})$;

avancée à vitesse rapide (la turbine demeurant en position basse), ou avancée à vitesse lente (la turbine pouvant monter ou descendre).

Le tangage et le roulis, considérés dans un contexte de cinématique plane, sont représentés par rapport au référentiel terrestre sur la figure 3.

L'algorigramme du programme principal de mise en sécurité en cas de roulis excessif est donné sur la figure 7. Il fait appel à deux sous-programmes: le sous-programme n°1 (SP1) et le sous-programme n°2 (SP2).

Chacun de ces sous-programmes assure la mise en sécurité en faisant tourner le tracteur chenillé du bon côté (soit à droite, soit à gauche) afin d'orienter l'avant du véhicule vers le bas de la pente:

si $\theta_R > 15^\circ$, le sous-programme n°1 est exécuté;

si $\theta_R < -15^\circ$, le sous-programme n°2 est exécuté.

Question 1.6

Afin d'orienter l'avant du tracteur chenillé vers le bas de la pente et à l'aide de la figure 3, indiquer le numéro du sous-programme (SP1 ou SP2) qui doit faire tourner le tracteur chenillé à droite et celui qui doit le faire tourner à gauche.

La définition des variables et fonctions utilisées pour l'écriture des programmes est donnée figure 8:

Question 1.7

En utilisant les différents résultats et figures de cette sous-partie, compléter l'algorithme du programme principal et l'algorithme du sous-programme n°1 (SP1).

Algorithme du programme principal de mise en sécurité en cas de roulis excessif

Remarque: # permet d'écrire des commentaires

Début

Lecture de N

Si N > 681 # test si l'angle de roulis $\theta_R > 15^\circ$

Alors

Sinon Si N < 342 # test si l'angle de roulis $\theta_R < -15^\circ$

Alors

Fin

Algorithme du sous-programme n°1 (SP1)

Début

Com_Opérateur [

] # blocage des commandes opérateurs

Lecture «Pos_Turbine_Bas»

Tant que Pos_Turbine_Bas =

# abaissement du centre de gravité en ramenant la turbine en position basse

Faire Turbine [

]

Lecture «Pos_Turbine_Bas»

(Fin de Tant que)

Répéter

Chenille_Gauche [

]

# faire tourner le tracteur chenillé du bon côté afin d'orienter l'avant du véhicule vers le bas de la pente

Chenille_Droite [

]

Lecture de N

Jusqu'à N

Chenille_Gauche [0] # arrêt de la chenille gauche

Chenille_Droite [0] # arrêt de la chenille droite

Com_Opérateur [

] # déblocage des commandes opérateurs

Fin