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Direction Assistée Électrique : DAE
À l’aide des bdd et ibd de la DAE étudiés en cours et de l’annexe 3 du cours, compléter la chaîne fonctionnelle de ce système.
o
Indiquer au niveau de chaque bloc (chaîne d’information et chaîne d’énergie) le nom du composant et la fonction élémentaire qu’il assure dans le système,
o
Préciser les données entrantes de la chaîne d’information ainsi que la nature de la donnée sortante,
o
Préciser la matière d’œuvre entrante (MOE) ainsi que la matière d’œuvre sortante (MOS) de la chaîne d’énergie,
o
Compléter le texte à trous.
L’information issue du capteur de couple est codée par le Convertisseur _____________-_____________.
L’énergie de puissance est de l’énergie _______________ stockée dans la _______________ du véhicule (elle n’apparaît pas dans la chaîne d’énergie de la DAE car elle n’est pas propre à celle-ci).
Le moteur électrique de la DAE, convertit de l’énergie _____________ en énergie ____________ de _____________. Il fournit donc une action mécanique, d’où son appellation : _______________.
Analyser et Expérimenter les systèmes
MPSI/PCSI
Ingénierie Systèmes – Travaux Dirigés n°1
Maquette de la DAE du laboratoire de SI
Pivot de roue
…
…
…
…
…
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Engin sous-marin autonome d’inspection
Présentation du système :
Le sous-marin autonome d’inspection, objet de cette étude, est développé par la société ECA, localisée à Toulon (Var), spécialisée dans la robotique terrestre et sous-marine pour les environnements hostiles où l’homme ne peut pas intervenir directement.
L’ALISTAR 3000 est un engin sous-marin autonome qui entre dans la catégorie des « AUV » (Autonomus Underwater Vehicle) capable d’effectuer une grande variété de tâches d’inspection sur les champs pétrolifères Offshore jusqu’à une profondeur de 3 000 m. Une fois la mission d’inspection établie et programmée, il offre la possibilité de recueillir des données vidéo (caméra) et sonars (latéral et à balayage) des installations sous-marines visitées (pipeline, tête de puits,
…).
Le profil d’une mission type de ce sous-marin se décompose par l’enchainement temporel de cinq phases distinctes : 1. une phase de préparation du sous-marin et de mise à l’eau ;
2. une phase de descente afin de rejoindre le point de départ de son travail d’inspection ; 3. une phase d’inspection (contrôle de l’état général du pipeline) ;
4. une phase de remontée à la surface ; 5. une phase de récupération du sous-marin.
Pour se déplacer, l’ALISTAR est pourvu de 8 propulseurs : 4 propulseurs principaux arrière, 2 propulseurs latéraux avant et arrière et 2 propulseurs verticaux gauche et droite. Cette structure assure une excellente manoeuvrabilité dans l’espace.
Analyser et Expérimenter les systèmes – Ingénierie Systèmes – TD 1 Page 3 / 11 L’ALISTAR peut être commandé soit par un guidage automatique soit par une commande de type manuel (joystick).
Dans le cas autonome, des consignes de pilotage préalablement définies sont fournies au système de commande.
Différents capteurs (Doppler vitesse, gyro, compas, profondimètre, altimètre, GPS) renseignent le système de commande sur le déplacement de l’ALISTAR. La caméra et le sonar permettent de recueillir les informations sur le pipeline, ces informations sont communiquées à l’utilisateur via l’antenne.
Le système de commande traite l’ensemble des informations pour élaborer les consignes de pilotage du répartiteur de poussée. Chaque propulseur est alors piloté individuellement pour diriger l’ALISTAR. Dans le cadre de l’inspection d’un pipeline, il est par exemple nécessaire que l’ALISTAR se déplace à vitesse constante et à une distance constante du pipeline.
Analyser et Expérimenter les systèmes – Ingénierie Systèmes – TD 1 Page 4 / 11 ANALYSE FONCTIONNELLE à l’aide du langage Sysml :
Q1 : Compléter le diagramme d’exigence avec les sous exigences et les liens manquants.
Q2 : Identifier (par une croix) les éléments présents dans chacune des phases :
Opérateur Milieu marin Source d'énergie extérieure
Pipeline Phase de préparation
avant mise à l'eau Phase de descente Phase d'inspection
Q3 : Compléter le diagramme du cas d’utilisation en phase d’inspection avec les liens manquants.
Analyser et Expérimenter les systèmes – Ingénierie Systèmes – TD 1 Page 5 / 11 ANALYSE STRUCTURELLE à l’aide du langage Sysml :
Q4 : Compléter le diagramme de définition de bloc en liant les blocs GPS, Caméra, Sonar, moteur et hélice à un des blocs déjà définis et en indiquant par un chiffre le nombre de constituants.
Q5 : Nommer sur le diagramme des blocs internes ci-dessous les différents liens entre blocs en identifiant la nature des flux : Matière (en noir) – Énergie (en rouge) – Information (en bleu).
Analyser et Expérimenter les systèmes – Ingénierie Systèmes – TD 1 Page 6 / 11 PILOTAGE DE L’ALISTAR
La commande individuelle de chacun des propulseurs permet de diriger l’ALISTAR dans l’espace. Ces entités de propulseurs sont constituées d’un moteur électrique à courant continu piloté en tension et accouplé à une hélice. La variation de la tension de commande du moteur entraîne une variation de la fréquence de rotation de l’hélice modulant alors la poussée du propulseur.
On précise que les propulseurs verticaux gauche et droite sont situés en arrière du plan (𝑂,𝑌,𝑍).
Q6 : Quel(s) propulseur(s) faut-il piloter et comment (+ ou -) pour obtenir une simple translation de l’ALISTAR dans la direction 𝑋, une rotation en tangage autour de l’axe (𝑂,𝑌), une rotation en roulis autour de l’axe (𝑂,𝑋) et une rotation en lacet autour de l’axe (𝑂,𝑍) de façon à tourner dans le sens défini par les flèches.
Prop principaux i PLav Plar PVg PVd Translation X
Tangage Roulis Lacet
Prothèse active transtibiale
La majorité des prothèses transtibiales (pour une amputation en dessous du genou) utilisées aujourd'hui sont purement passives, c'est-à-dire que leurs propriétés mécaniques restent fixes pendant la marche. Ces prothèses sont constituées en général de semelles ressorts en carbone profilées qui emmagasinent et restituent l'énergie mécanique pendant la marche par déformation.
On s’intéresse ici à un prototype mis au point par des ingénieurs du MIT qui a permis la mise au point d’une nouvelle génération de prothèse, dite active. Cette prothèse active transtibiale est capable de proposer un comportement similaire à celui des membres non amputés. L'actionneur de la prothèse est un moteur à courant continu alimenté par une batterie rechargeable de 16 Volts. L'énergie mécanique est transmise par un réducteur de type poulies-courroie suivi d'un système vis-écrou qui adapte cette énergie mécanique pour la prothèse (ensemble de liaisons entre le pied artificiel constitué d'une semelle en fibres de carbone et le manchon ou tibia artificiel). Des ressorts permettent d'ajuster également l'énergie mécanique fournie au pied artificiel. L'effort exercé par les ressorts est directement relié au couple exercé par l'actionneur.
Analyser et Expérimenter les systèmes – Ingénierie Systèmes – TD 1 Page 7 / 11 Les informations délivrées par les capteurs sont traitées par
un calculateur qui élabore la commande du moteur appliquée par l’amplificateur.
La chaîne d'informations est constituée d'un ensemble de capteurs permettant d'acquérir différentes informations :
o un potentiomètre linéaire qui mesure l'allongement/écrasement des ressorts,
o un codeur incrémental placé au niveau de l'articulation pied/tibia,
o plusieurs capteurs capacitifs disposés sous la semelle du pied au niveau du talon (2 capteurs) et à l'avant du pied (4 capteurs).
TRAVAIL DEMANDÉ.
Q1 : Compléter le diagramme Chaîne d’énergie / chaîne d’information.
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Véhicule hybride Toyoya Prius
Dans le contexte actuel d’économie des énergies fossiles et de réduction des émissions de gaz nocifs, le système de propulsion hybride constitue une alternative intéressante à la propulsion classique par moteur thermique seul car il permet de réduire la consommation.
La spécificité de la solution retenue sur la Prius consiste à : o Récupérer l’énergie du véhicule lors du freinage,
o Exploiter le moteur thermique à son rendement optimal.
La technologie hybride de TOYOTA, nommée HSD (Hybrid Synergy Drive) associe un moteur thermique à essence et sa transmission, à deux machines électriques et une batterie de puissance.
Le schéma de principe ci-contre met en évidence les deux machines électriques (le moteur électrique et la génératrice) reliées au moteur thermique par un réducteur à train épicycloïdal.
A partir de la position de la pédale d’accélérateur et de la vitesse du véhicule, le calculateur détermine la vitesse de rotation optimale du moteur thermique et la consigne d’ouverture du papillon des gaz.
La puissance en sortie du moteur thermique est transmise, grâce à un train épicycloïdal, à la chaîne
silencieuse et à la génératrice. Un asservissement en vitesse de la génératrice permet de contrôler la vitesse de rotation du moteur thermique.
Le répartiteur de puissance gère les échanges de puissance électrique entre la génératrice, le moteur électrique et la batterie. Le moteur électrique entraîne la chaîne silencieuse, seul ou en complément du moteur thermique. Il récupère également l’énergie cinétique ou potentielle du véhicule lors des phases de ralentissement.
TRAVAIL DEMANDÉ.
Q1 : Compléter le diagramme Chaîne d’énergie / chaîne d’information.
Q2 : Dans la chaîne d’énergie, repasser en rouge sur le diagramme les flèches représentant les flux correspondant à une puissance mécanique et en bleu les flèches représentant les flux correspondant à une puissance électrique.
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Actionneur électromécanique (EMA) de la tuyère de la fusée VEGA
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