Concours CPGE 2026 - Centrale-Supélec - Épreuve de Sciences Industrielles de l’Ingénieur - Filière PSI - Véhicule à deux roues gyrostabilisé

Les pays en voie de développement, où la densité de population est très élevée dans les villes, sont confrontés depuis des décennies à une équation délicate à résoudre : permettre une grande mobilité de la population et limiter le nombre de décès sur les routes.

Selon les données de l’OMS (chiffres de l’année 2021), le taux de mortalité moyen lié aux accidents de la route s’établit en moyenne à 15 décès pour 100 000 habitants. Cependant, ce taux moyen masque des disparités et le niveau de décès peut atteindre des valeurs plus élevées selon les régions dans le monde, comme par exemple dans la région de l’Asie du Sud-Est qui regroupe 28 % des décès.

Dans certains pays les déplacements se font souvent en deux roues motorisés. Aussi, des constructeurs, tels que Liger Mobility en Inde et Lit Motors aux États Unis, réfléchissent à équiper leurs véhicules à deux roues de dispositifs antichute.

Le point commun entre ces différents projets est l’utilisation de gyroscopes permettant de contrôler l’inclinaison latérale du deux-roues, appelée roulis, et donc d’éviter la chute.

La vitesse de rotation d’une roue engendre un effet gyroscopique qui permet de la maintenir en équilibre, ce qui influe sur le pilotage du véhicule. En effet, au-dessus de 35km·h−1, un deux-roues est en équilibre grâce à l’effet gyroscopique de ses roues. Le contrôle de la trajectoire se fait alors en inclinant le deux-roues.

Lors d’une quantification des causes d’accidents de deux-roues motorisés faite en 2019, il a été démontré qu’un facteur aggravant est le défaut de maîtrise lors du freinage. En effet, les scooters de petite cylindrée utilisés majoritairement en milieu urbain ne sont que rarement équipés d’un système antiblocage des roues (ABS) et tout aussi rarement d’un système de couplage entre les actions des freins avant et arrière. C’est le mauvais dosage de ces actions qui conduit le plus souvent à la chute lors d’un évitement.

Dans ce contexte, il est nécessaire d’imaginer un système anti-chute pour éviter la perte d’équilibre. Le système, étudié ici, doit maintenir l’équilibre du scooter à basse vitesse en dépit des perturbations éventuelles et ne pas gêner la conduite quelle que soit la vitesse.

Objectif

Stabiliser un véhicule à deux roues lors d’un trajet urbain, sans perturber la conduite sur route.

La solution retenue en vue de stabiliser le véhicule à deux roues fait appel à un actionneur gyroscopique piloté, fixé sur le cadre du véhicule. L’objectif de cette étude est alors d’imaginer une loi de commande stabilisante.

Partie A – Temps de stabilisation maximal pour la mise en action de l'assistance

Objectif : Valider le temps disponible pour activer l'assistance lors d'un freinage de 50 km·h⁻¹ à 35 km·h⁻¹

Partie B – Modélisation comportementale à petite vitesse

Objectif : Déterminer le modèle de comportement de l'ensemble {pilote + scooter} en milieu urbain et justifier l'utilité d'un système anti-chute par l'exploitation de ce modèle.

Partie C – Modélisation de l'ensemble {scooter + pilote + gyroscope}

Objectif : Établir un modèle de comportement dynamique du gyroscope implanté sur le scooter

I – Modélisation du gyroscope

Objectif : Calculer le couple généré par le gyroscope piloté seul fixé sur le cadre

II – Étude d'une loi de commande avec un retour sur l'angle de roulis

Objectif : Étudier la stabilité de l'ensemble en exploitant un retour d'information sur l'angle de roulis du scooter

Partie D – Étude de la loi de commande

Objectif : Régler les paramètres d'une loi de commande permettant de stabiliser le comportement du scooter

I – Mise en place d'une loi de commande stabilisante

Objectif : Calculer les paramètres d'une loi de commande en exploitant les mesures de l'angle de roulis , de la dérivée de l'angle de roulis et de l'angle du volant

II – Analyse de la robustesse paramétrique

Objectif : Analyser le comportement du scooter gyrostabilisé vis-à-vis des incertitudes paramétriques des modèles et relatives aux variations de la vitesse du volant du gyroscope et de la masse de l'ensemble

Partie E – Synthèse