Exercices sur le vélo à assistance électrique - corrigé, Exercices de Technologie
Marcel90
Marcel9022 April 2014

Exercices sur le vélo à assistance électrique - corrigé, Exercices de Technologie

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Exercices de technologies industrielles sur le vélo à assistance électrique - corrigé. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Barème détaillé, corrigé.
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Microsoft Word - CORRIGE- BAREME SUJ A VAE _SI 2010.doc

Corrigé 1 sur 8 VAE SUJET A

VELO A ASSISTANCE ELECTRIQUE

Barème détaillé Total /60

Etude n°1 / 14 pts Q1-A / 2 x 1 Q1-B / 2 x 1 Q1-C / 2 x 1 Q1-D / 1 Q1-E / 1 Q1-F / 6 x 1

Etude n°2 / 18 pts Partie A

Q2-A / 1 Q2-B / 1 Q2-C / 1 + 1 Q2-D / 3 Q2-E / 1 Q2-F / 2 x 1 Q2-G / 2 x 1 Q2-H / 1 Q2-I / 2 x 1 Q2-J / 2 + 1

Etude n°3 / 16 pts Partie A

Q3-A / 2 x 1 Q3-B / 1 Q3-C / 1 + 1 Q3-D / 3 + 1 + 2 x 0,5 Q3-E / 2 x 1 Q3-F / 2 x 1 Q3-G / 1 + 1

Etude n°4 / 12 pts Partie A

Q4-A / 1 Q4-B / 2 Q4-C / 1 Q4-D / 2

Partie B Q4-E / 1 Q4-F / 1 Q4-G / 1 Q4-H / 1

Synthèse / 2

Corrigé 2 sur 8 VAE SUJET A

Etude n° 1 : Architecture fonctionnelle du système d’assistance. Q1-A : - Couple d’assistance

- Fréquence de pédalage Q1-B : - Voyant de mise en service du système d’assistance

- Voyant de niveau de charge de la batterie Q1-C : Point 1 : Energie électrique

Point 2 : Energie mécanique Q1-D : Point 3 : Couple d’assistance et couple de pédalage Q1-E : Fonction " Alimenter " : batterie amovible NiCd 24 V - 6 Ah Q1-F : Voir corrigé document réponse DR1 Etude n° 2 : Le capteur de vitesse Q2-A : Voir corrigé document réponse DR2 Q2-B : R1 = R2 Q2-C : Nature du signal Vp : logique

Ce signal est exploitable par le calculateur car il ne peut gérer que des informations logiques ou numériques.

Q2-D : RoueN Np

= Roue Nexus

N N

. Nexus 15

N N

. 15 23

N N

. 23N Np

= r4 . 1 . 23 15

Z Z

. 1 = r4 . 23 15

Z Z

d’où Np = N Roue . 15 23

Z Z

. 4

1 r

V = 15 km/h :

ω Roue = Roue

V R

= 3

15 .1000 3600

660 .10 2

− ≈ 12,6 rad/s

Np = 12,6 . 60 2π

. 22 24

. 1 2,57

≈ 43 tr/min

Q2-E : Nombre d’impulsions : 43 60

. 50 ≈ 36

Q2-F : Voir corrigé document réponse DR2 Q2-G : Voir corrigé document réponse DR3

Q2-H : Vitesse maximale mémorisée : 15 36

. 255 ≈ 106 km/h Q2-I : Cette capacité est largement suffisante car il est peu probable qu’un cycliste roulant en

V.A.E. puisse se déplacer en milieux urbain ou rural à cette vitesse !

Corrigé 3 sur 8 VAE SUJET A

Q2-J : Précision du capteur : 1 50

de tour. D’où l’incertitude de vitesse :

1 50

.43 = 0,86 tr/min d’incertitude sur la fréquence de rotation du plateau 23 ce qui

correspond à 1 50

.15 = 0,3 km/h qui est négligeable devant 15 km/h (erreur de 2%)

Etude n° 3 : Capacité du moteur Q3-A :

Cas n°1 : Vitesse du V.A.E. de 10 km/h sur une pente à 2°

CR = M.g.R.sinα + M.g.δ.cosα = M.g.(R.sinα + δ.cosα) = 110 . 9,81 . (0,33 . sin2° + 0,01 . cos2°) ≈ 23,2 Nm

Cas n°2 : Vitesse de croisière du V.A.E. de 15 km/h (α = 0°)

CR = M.g.δ

= 110 . 9,81 . 0,01 ≈ 10,8 Nm Q3-B :

ηch . ηNex = R C

P P + Pmd

Q3-C :

PC = Pmd d’où ηch . ηNex = R C

P 2P

Q3-D :

R

C

P P

= R Roue C C

C C ω ω

= R C

C C

. Roue c

ω ω

= R C

C C

. Roue p

ω ω

et Roue p

ω ω

= r4 . 23 15

Z Z

d’après Q2-D

ηch . ηNex = R C

P 2P

= R C

C 2C

. r4 . 23 15

Z Z

d’où, on obtient finalement la relation : CC = R ch Nex

C 2 .η η

. 23 15

Z Z

. r4

CC est bien homogène à un couple car les rendements et le rapport de réduction sont

sans unité : le rapport 23 15

Z Z

l’est aussi car Z23 et Z15 s’expriment dans la même unité (en

dents).

Cas n°1 : CC = 23,2 2 . 0,8 . 0,95

. 24 22

. 2,57 ≈ 42,8 Nm

Cas n°2 : CC = 10,8 2 . 0,8 . 0,95

. 24 22

. 2,57 ≈ 19,9 Nm

Corrigé 4 sur 8 VAE SUJET A

Q3-E : PC = CC . ωC = CC . ω23

Cas n°1 : PC = 42,8 . 2 . 29 60 π ≈ 130 W

Cas n°2 : PC = 19,9 . 2 . 43 60 π ≈ 89,6 W

Q3-F :

ηengc . ηred = md m

P P

Q3-G : Le cas plus défavorable est le n°1 (Vitesse du V.A.E. de 10 km/h sur une pente à 2°).

De plus, Pc = Pmd.

donc, ηengc . ηred = C m

P P

d’où Pm = C engc red

P .η η

AN : Pm = 130 0,95 . 0,95

≈ 144 W

Cette puissance correspond bien au cahier des charges car le moteur est capable de fournir une puissance de 235 W.

NB : Il apparaît un coefficient de sécurité de : 235 144

≈ 1,63 : le moteur est donc

capable de fournir assez de puissance au système d’assistance. Etude n° 4 : Intérêt et viabilité économique Partie A : L’autonomie annoncée par le constructeur est-elle réalisable ? Q4-A : Energie de la batterie : 24 . 6 = 144 Wh.

Donc, énergie disponible : 144 . 0,8 ≈ 115 Wh

Q4-B : Distance parcourue avec une charge : 115 100

. 15 ≈ 17,3 km.

Q4-C : Cette distance est en accord avec le cahier des charges car elle est comprise entre 15

et 40 km (Autonomie sur terrain plat). Q4-D : - Améliorer les batteries pour augmenter leur autonomie

- Diminuer le poids du V.A.E. (et donc celui de la batterie) pour diminuer la consommation énergétique de la batterie

Partie B : Coût de recharge de la batterie pour parcourir une distance de 1000 km

Q4-E : Energie fournie par le réseau : 144 0,7 ≈ 206 Wh.

Corrigé 5 sur 8 VAE SUJET A

Q4-F : Prix de revient d’une charge : 0,11 . 0,206 ≈ 0,022 €.

Q4-G : Nombre de charges : 1000 17,3

≈ 58

Q4-H :Coût pour parcourir 1000 km à 15 km/h : 58 . 0,022 ≈ 1,27 €

Synthèse : Quelques pistes de réflexion !

1 - Aspect économique - Rapport d’environ 30 au profit du V.A.E. pour la consommation énergétique. - Entretien nul sur le V.A.E. sauf renouvellement de la batterie.

2 - Aspects environnementaux

- Pas d’émission de CO2 pour le V.A.E. - Problèmes de recyclage des batteries !

3 - Confort

- Autonomie limitée sur le V.A.E.

Corrigé 6 sur 8 VAE SUJET A

DR1

Q1-F :

FP2 Fournir une puissance

d’appoint en fonction du couple et de la fréquence

de pédalage

Capter la fréquence de

rotation du pédalier

Capter le couple exercé par le cycliste sur l’axe du

pédalier

Elaborer une loi de

commande

Fournir une puissance d’appoint

Fournir une énergie

électrique d’appoint

Transformer une énergie électrique en

énergie mécanique

Adapter la puissance

Désaccoupler le moteur lorsque

l’assistance est nulle

Capteur inductif

Capteur de

couple

Calculateur

Batterie

Moteur électrique

Roue libre 1

Réducteur à train planétaire

Engrenage conique 5 - 6

CORRIGE

FP1 Transmettre la puissance du cycliste à la

roue

Recevoir la puissance du cycliste sur

l’axe du pédalier

Transmettre la puissance à la

boite de vitesses Nexus

Adapter la puissance à la

roue

Assurer un confort de

pédalage au cycliste

Plateau 23 chaîne

et pignon 15

Boite de vitesses Nexus

Roue libre 2

Pédales

Corrigé 7 sur 8 VAE SUJET A

DR2

Q2-A :

Chronogrammes Q2-F :

Tableau

Vitesse 0 km/h 15 km/h 25 km/h Valeur en décimal (Nid) 0 36 60 Valeur en binaire (Nib) 0000 0000 0010 0100. 0011 1100 Valeur en hexadécimal (Nih) 00h 24h 3Ch

t

t Vréf

Vcap

Vp

Vcc

CORRIGE

Corrigé 8 sur 8 VAE SUJET A

DR3

Q2-G :

Algorithme de commande de la loi d’assistance

SP 1 : Générer un couple égal au couple du cycliste SP 2 : Générer un couple dégressif SP 3 : Annuler l’assistance

Début

SP 1

Fin

SP 2 SP 3

faux 00h <Nih<24h

vrai

24h< Nih <3Ch vraifaux

CORRIGE

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