FR3027493A1

FR3027493A1 - Cuissard instrumente

Info

Publication number: FR3027493A1
Application number: FR1460329A
Authority: FR
Inventors: Laurent Fichet; Abbas Ataya
Original assignee: CITY ZEN SCIENCES
Current assignee: CITY ZEN SCIENCES
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2014-10-27
Publication date: 2016-04-29
Anticipated expiration: 2034-10-27
Also published as: FR3027493B1; WO2016066949A1

Abstract

Le cuissard instrumenté (1) comprend un vêtement (2) de type cuissard intégrant un capteur d'actimétrie (3) positionné sur la cuisse et comportant : - un accéléromètre (4) à trois axes, dont deux axes sensibles dans un plan sensiblement vertical et un troisième axe transversal ; et - une électronique de traitement (5) comportant un processeur et adaptée pour recevoir les signaux provenant de l'accéléromètre (4) pour en déduire en temps réel la cadence de pédalage de l'utilisateur du cuissard (1), ainsi que sa posture de pédalage, en danseuse ou assise, à partir d'un algorithme de traitement. L'électronique de traitement (5) utilise un algorithme de traitement basé sur la détection d'extremums temporels des signaux délivrés par l'accéléromètre (4) sur une fenêtre de calcul glissante. L'invention permet ainsi de détecter en temps réel tout changement de posture de pédalage de la part de l'utilisateur du cuissard (1), et permet également de calculer sa fréquence de pédalage de manière rapide et précise.

Description

-1- CUISSARD INSTRUMENTE Domaine technique La présente invention se rattache au domaine des vêtements instrumentés. Elle se rapporte plus particulièrement à un cuissard instrumenté destiné à la pratique du vélo. L'invention concerne plus précisément un cuissard instrumenté prévu pour déduire en temps réel la cadence de pédalage de l'utilisateur du cuissard, ainsi que sa posture de pédalage, c'est-à-dire qu'il permet de déterminer si l'utilisateur pédale en danseuse ou en position assise.

Etat de la technique Bien qu'il existe de nos jours des vêtements instrumentés permettant de détecter les mouvements de l'utilisateur, il n'existe pas de cuissard instrumenté destiné à la pratique du vélo et permettant de détecter à la fois la cadence de pédalage de l'utilisateur et la posture de pédalage. On connaît par exemple des vélos comportant des capteurs montés sur les pédales pour mesurer la fréquence de pédalage, mais cela ne permet pas d'obtenir d'indications sur la posture de pédalage ni aucune information sur les mouvements précis des jambes.

Description de l'invention L'objet de la présente invention vise par conséquent à fournir un cuissard instrumenté destiné à la pratique du vélo et permettant de détecter à la fois la cadence de pédalage de l'utilisateur et sa posture de pédalage.

Un autre objet de la présente invention vise à proposer un nouvel algorithme de traitement prévu pour être utilisé dans une électronique de traitement d'un cuissard instrumenté et destiné à déterminer la posture de pédalage de l'utilisateur et sa fréquence de pédalage en fonction des données transmises par les instruments du cuissard.

Les objets assignés à l'invention sont atteints à l'aide d'un cuissard instrumenté pour la pratique du vélo, comprenant un vêtement de type cuissard intégrant un capteur d'actimétrie, caractérisé en ce que le capteur d'actimétrie est positionné sur la cuisse et comporte : un accéléromètre ; et une électronique de traitement comportant un processeur et adaptée pour recevoir les signaux provenant de l'accéléromètre pour en déduire en temps réel la cadence de pédalage de l'utilisateur du cuissard, ainsi que sa posture -2- de pédalage, en danseuse ou assise, à partir d'un algorithme de traitement. Selon un exemple de mise en oeuvre, l'accéléromètre est un l'accéléromètre à trois axes, dont deux axes sensibles dans un plan sensiblement vertical et un troisième axe transversal.

Selon un exemple de mise en oeuvre, le capteur d'actimétrie est positionné sur la face latérale externe d'une cuisse, ce qui permet avantageusement de mesurer les déplacements de la jambe liés au pédalage. Sans modification de la précision de l'algorithme, l'accéléromètre pourrait être placé, sur toutes parties de la cuisse allant du genou à l'enfourchure.

Selon un autre exemple de mise en oeuvre, la fréquence d'acquisition du capteur d'actimétrie est supérieure ou égale à 10 Hertz, ce qui permet à l'algorithme de détection de fonctionner correctement, sans consommer trop d'énergie pour les calculs. Selon un exemple supplémentaire de mise en oeuvre, l'électronique de traitement est reliée à un module de transmission sans fil par l'intermédiaire d'un bus flexible, voire élastique, ce qui permet de récupérer les données calculées par le capteur d'actimétrie tout en fournissant un confort maximum pour l'utilisateur et n'entravant pas ses mouvements. Selon l'exemple de mise en oeuvre précédent, l'électronique de traitement peut comporter en outre une horloge qui temporise la transmission des données vers le module de transmission sans fil. De même, ce module peut alimenter le capteur d'actimétrie en énergie, enregistrer les données traitées transmises par le capteur d'actimétrie et transmettre ces données vers une interface homme-machine, par exemple un ordinateur.

Selon un autre exemple de mise en oeuvre, l'algorithme de traitement est un algorithme basé sur la détection d'extremums temporels des signaux délivrés par l'accéléromètre et en ce que la détection s'effectue sur une fenêtre de calcul glissante. L'utilisation d'un algorithme basé sur une détection d'extremums temporels présente l'avantage de nécessiter peu de mémoire et de permettre un calcul plus rapide et plus précis par rapport à un algorithme basé sur une détection fréquentielle. Selon l'exemple de mise en oeuvre précédent, la fenêtre de calcul glissante peut être d'une durée supérieure ou égale à 4 secondes, et se décaler d'une seconde à chaque nouvelle mesure, ce qui permet une bonne précision de mesure pour des cadences de pédalage peu élevées, par exemple de l'ordre de 15 à 20 tours par minute. Les objets assignés à l'invention sont atteints également à l'aide d'un -3- algorithme de traitement prévu pour être utilisé dans une électronique de traitement d'un cuissard instrumenté tel que décrit précédemment, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes qui sont effectuées au cours d'une fenêtre de calcul : a. réception des données de la part de l'accéléromètre ; b. calcul de la moyenne mobile des données ; c. détection du changement de la posture de pédalage de l'utilisateur du cuissard selon les variations d'amplitude des déplacements détectés dans un plan sensiblement vertical ; d. détection du pédalage ou du non-pédalage en fonction de l'amplitude des déplacements détectés par rapport à une moyenne ; e. en cas de pédalage détecté au cours de l'étape d., détermination ou estimation du nombre de cycles effectués au cours de la fenêtre de calcul et calcul de la fréquence de pédalage en fonction du nombre de cycles effectués au cours de la fenêtre de calcul ; et f en cas de non pédalage détecté au cours de l'étape d., évaluation de la fréquence de pédalage par lissage temporel pendant un nombre prédéfini de mesures et confirmation d'un non pédalage en cas de non pédalage détecté au cours d'un nombre de mesures supérieur à ce nombre prédéfini.

Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels : la figure 1 est une vue de face de trois quart d'un cuissard instrumenté selon l'invention ; la figure 2 est une vue de dos de trois quart d'un cuissard instrumenté selon l'invention ; la figure 3 est une vue schématique d'un capteur d'actimétrie du cuissard instrumenté selon l'invention ; et la figure 4 est un exemple simplifié d'algorithme de traitement selon l'invention.

Mode(s) de réalisation de l'invention Les éléments structurellement et fonctionnellement identiques présents sur plusieurs figures distinctes, sont affectés d'une même référence numérique ou -4- alphanumérique. Le cuissard instrumenté 1 selon l'invention est prévu pour la pratique du vélo. Tel que représenté sur les figures 1 et 2, il comprend un vêtement 2 de type cuissard intégrant un capteur d'actimétrie 3 positionné sur la cuisse, de préférence sur la face latérale externe d'une cuisse, entre le genou et l'enfourchure. On notera que plus le capteur d'actimétrie 3 est situé proche du genou, c'est-à-dire éloigné du point d'articulation de la hanche, plus l'amplitude des mouvements associés au pédalage est importante, ce qui se traduit pas une meilleure détection de ces mouvements et par une meilleure précision des mesures.

Tel que représenté de manière schématique sur la figure 3, le capteur d'actimétrie 3 comporte un accéléromètre 4 et une électronique de traitement 5. L'accéléromètre 4 est préférentiellement un accéléromètre à trois axes, dont deux axes sensibles dans un plan sensiblement vertical et un troisième axe transversal. Le déplacement des cuisses lors du pédalage en positon assise et en danseuse se fait globalement dans un plan vertical. Aussi les mouvements associés au pédalage sont détectés par les deux axes sensibles dans un plan sensiblement vertical et traduits sous la forme de signaux électriques. Le troisième axe, à sensibilité transversale, n'est pas forcément utilisé lors des mesures mais permet de détecter automatiquement la position de l'accéléromètre sur la cuisse et de choisir un axe préférentiel. Si le capteur est bien placé, c'est-à-dire si les deux axes d'intérêts se trouvent dans le plan vertical, le troisième axe, qui correspond à l'axe transversal à la cuisse, ne joue pas un rôle important dans la détection des indicateurs. Cependant, si le positionnement du capteur est initialement mauvais ou bien s'il s'est altéré au cours de l'activité, cet axe transversal permet d'estimer l'orientation du capteur. Cette orientation peut ensuite être exploitée afin de calibrer les données et de les ramener dans le référentiel de base. Une autre information utile que l'axe transversal peut fournir concerne l'angle de l'inclinaison de la cuisse du cycliste lors d'un (des) virage(s).

Les signaux électriques provenant de la détection des déplacements associés au pédalage sont transmis à l'électronique de traitement 5. Cette électronique de traitement 5 est préférentiellement un microcontrôleur comportant un processeur prévu pour traiter les signaux provenant de l'accéléromètre 4 et en déduire en temps réel la cadence de pédalage de l'utilisateur du cuissard, ainsi que sa posture de pédalage, à partir d'un algorithme de traitement. L'électronique de traitement 5 effectue par conséquent un traitement local des données reçues. L'algorithme de traitement est programmé dans l'électronique de -5- traitement 5 et sera détaillé plus loin. La fréquence d'acquisition du capteur d'actimétrie est supérieure ou égale à 10 Hertz pour que l'algorithme de traitement puisse fonctionner correctement. Il est possible d'augmenter cette fréquence pour améliorer quelque peu les performances, tout en ayant à l'esprit qu'une fréquence trop élevée conduirait à une consommation électrique excessive. Tel que cela est représenté sur les figures 1 à 3, l'électronique de traitement 5 du capteur d'actimétrie 3 est reliée à une transmission sans fil 6 par l'intermédiaire d'un bus 7 souple et/ou élastique. Cette transmission sans fil 6 est prévue pour enregistrer les données traitées transmises par le capteur d'actimétrie 3 et transmettre ces données vers une interface homme-machine (non représentée) qui peut être distante. Elle peut être située n'importe où sur le cuissard instrumenté 1, préférentiellement à un endroit qui ne gêne pas l'utilisateur. Sur les figures, elle est par exemple située dans le dos.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le module de transmission sans fil 6 comprend une source d'alimentation électrique et alimente le capteur d'actimétrie 3 en énergie électrique. Ainsi le capteur d'actimétrie 3 ne comporte pas de source d'alimentation électrique intégrée, ce qui permet de réduire sa taille de manière à la miniaturiser au maximum, pour un plus grand confort de l'utilisateur du cuissard 1. L'électronique de traitement 5 peut également comporter une horloge qui temporise la transmission des données vers la transmission sans fil 6. L'algorithme de traitement est un algorithme basé sur la détection d'extremums temporels des signaux délivrés par l'accéléromètre 4 et la détection s'effectue sur une fenêtre de calcul glissante. Alors qu'une analyse fréquentielle des données aurait pu paraître plus évidente, l'invention préfère une analyse temporelle des données car elle permet un traitement des données plus rapide, plus précis et moins gourmand en mémoire, ce qui permet d'estimer précisément la fréquence de pédalage grâce à un capteur d'actimétrie 3 de taille et de coût très réduits. Un exemple simplifié d'algorithme prévu pour être utilisé dans une électronique de traitement d'un cuissard instrumenté selon l'invention est représenté sur la figure 4 et sera décrit ci-après. Au cours d'une première étape, l'électronique de traitement 5 reçoit des données brutes de la part de l'accéléromètre 4. Au cours d'une seconde étape, l'électronique de traitement 5 effectue une moyenne mobile des données, également connue en tant que moyenne glissante. Il -6- s'agit d'une moyenne statistique effectuée sur des séries temporelles de données qui permet de supprimer les fluctuations transitoires de façon à en souligner les tendances à plus long terme. Cette moyenne est dite mobile parce qu'elle est recalculée de façon continue, en utilisant à chaque calcul un sous-ensemble d'éléments dans lequel un nouvel élément remplace le plus ancien ou s'ajoute au sous-ensemble. Physiquement, une moyenne mobile est un filtre passe-bas. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la fenêtre de calcul glissante est d'une durée supérieure ou égale à 4 secondes, et elle se décale d'une seconde à chaque nouvelle mesure.

Au cours d'une troisième étape, l'électronique de traitement 5 effectue une moyenne des composantes verticales des données. En comparant cette moyenne à la moyenne calculée précédemment, dans le cas où une différence supérieure à un certain seuil est détectée, cela signifie que l'utilisateur du cuissard 1 a changé sa posture de pédalage. Cela traduit le fait que l'utilisateur est passé d'une posture de pédalage en danseuse à une posture assise, ou qu'il est passé d'une posture de pédalage assise à une posture en danseuse. Cette information concernant tout changement de posture de la part de l'utilisateur du cuissard 1 est alors transmise vers la transmission sans fil 6. Parallèlement à la troisième étape, l'électronique de traitement 5 effectue une détection des pics dans la série temporelle de données analysées et retient les pics coïncidant sur les trois axes, ce qui permet d'éliminer les pics parasites. En comparant l'amplitude des pics retenus par rapport à une moyenne, l'électronique de traitement 5 peut ainsi détecter si l'utilisateur du cuissard 1 semble avoir arrêté son pédalage ou non.

Selon le cas, les étapes suivantes de l'algorithme diffèrent. L'utilisateur du cuissard ne semble pas avoir arrêté son pédalage Si le nombre de pics retenus pendant la fenêtre de calcul est supérieur à 1, l'électronique de traitement 5 peut alors évaluer le nombre de cycles et en déduire le nombre de tours de pédale par minute effectués par l'utilisateur du cuissard 1 au moyen de la formule mathématique suivante : Tours par minute = (Nombre de cycles x 60) / T où T est la durée en seconde de la fenêtre de calcul glissante. Si le nombre de pics retenus pendant la fenêtre de calcul n'est pas -7- strictement supérieur à 1, l'électronique de traitement 5 suppose alors que l'utilisateur du cuissard 1 a effectué un demi-cycle de pédalage. Si l'utilisateur du cuissard 1 a effectué un demi-cycle, l'électronique de traitement 5 prédit par extrapolation le nombre de cycles effectués pendant la fenêtre de calcul glissante afin d'en déduire le nombre de tours de pédale par minute effectués par l'utilisateur du cuissard 1 au moyen de la formule mathématique précédente. Si l'utilisateur du cuissard 1 n'a pas effectué de demi-cycle, l'électronique de traitement 5 en déduit alors que l'utilisateur du cuissard 1 a cessé son pédalage. L'utilisateur du cuissard semble avoir arrêté son pédalage Lorsque l'électronique de traitement 5 détecte que l'utilisateur du cuissard 1 semble avoir arrêté son pédalage, elle effectue un lissage temporel des mesures précédentes afin d'en déduire le nombre de tours de pédale par minute effectués par l'utilisateur du cuissard 1 et elle démarre un compteur qui est incrémenté à chaque mesure. Au bout d'un certain nombre de mesures, par exemple au bout de trois mesures, si l'électronique de traitement 5 détecte toujours que l'utilisateur du cuissard 1 semble avoir arrêté son pédalage, elle en déduit que l'utilisateur a effectivement cessé de pédaler. Il est évident que la présente description ne se limite pas aux exemples explicitement décrits, mais comprend également d'autres modes de réalisation et/ou de mise en oeuvre. Ainsi, une caractéristique technique décrite peut être remplacée par une caractéristique technique équivalente sans sortir du cadre de la présente invention et une étape décrite de mise en oeuvre du procédé peut être remplacée par une étape équivalente sans sortir du cadre de l'invention. Un cuissard instrumenté selon l'invention est particulièrement utile dans le domaine de l'entraînement sportif et des compétitions afin de pouvoir connaître à tout moment l'effort fourni par l'utilisateur et d'en déduire notamment, selon les résultats enregistrés précédemment et la stratégie de l'équipe de cyclisme sportif, si l'utilisateur doit diminuer sa cadence de pédalage ou l'augmenter, et s'il doit changer de posture de pédalage ou la conserver.

Associé à d'autres mesures, par exemple des mesures du rythme cardiaque, de la tension cardiaque, de la fréquence respiratoire, de la température, du flux thermique, du flux hydrique, de l'oxygénation sanguine, de l'oxygénation -8- musculaire, de la composition chimique de la sueur, de la bio-impédance, de la position du sportif, de sa vitesse et/ou de son accélération, les mesures réalisées par un tel cuissard instrumenté permettent en outre d'obtenir des données déterminantes pour optimiser l'entraînement physique de l'utilisateur et améliorer ses performances sportives.

Claims

REVENDICATIONS1. Cuissard instrumenté (1) pour la pratique du vélo, comprenant un vêtement (2) de type cuissard intégrant un capteur d'actimétrie (3), caractérisé en ce que le capteur d'actimétrie est positionné sur la cuisse et comporte : un accéléromètre (4) ; et une électronique de traitement (5) comportant un processeur et adaptée pour recevoir les signaux provenant de l'accéléromètre pour en déduire en temps réel la cadence de pédalage de l'utilisateur du cuissard, ainsi que sa posture de pédalage, en danseuse ou assise, à partir d'un algorithme de traitement.
2. Cuissard instrumenté (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'accéléromètre (4) est un accéléromètre (4) à trois axes, dont deux axes sensibles dans un plan sensiblement vertical et un troisième axe transversal.
3. Cuissard instrumenté (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur d'actimétrie (3) est positionné sur la face latérale externe d'une cuisse.
4. Cuissard instrumenté (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence d'acquisition du capteur d'actimétrie (3) est supérieure ou égale à 10 Hertz.
5. Cuissard instrumenté (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'électronique de traitement (5) est reliée à une transmission sans fil (6) par l'intermédiaire d'un bus élastique (7).
6. Cuissard instrumenté (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'électronique de traitement (5) comporte en outre une horloge qui temporise la transmission des données vers la transmission sans fil (6).
7. Cuissard instrumenté (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le module de transmission sans fil alimente (6) le capteur d'actimétrie (3) en énergie, enregistre les données traitées transmises par le capteur d'actimétrie (3) et transmet ces données vers une interface homme-machine.-10-
8. Cuissard instrumenté (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'algorithme de traitement est un algorithme basé sur la détection d'extremums temporels des signaux délivrés par l'accéléromètre (4) et en ce que la détection s'effectue sur une fenêtre de calcul glissante.
9. Cuissard instrumenté (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la fenêtre de calcul glissante est d'une durée supérieure ou égale à 4 secondes, et en ce qu'elle se décale d'une seconde à chaque nouvelle 10 mesure.
10. Algorithme de traitement prévu pour être utilisé dans une électronique de traitement d'un cuissard instrumenté (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes 15 suivantes qui sont effectuées au cours d'une fenêtre de calcul : a. réceptions des données de la part de l'accéléromètre (4) ; b. moyenne mobile des données ; c. détection du changement de la posture de pédalage de l'utilisateur du cuissard (1) selon les variations d'amplitude des déplacements détectés 20 dans un plan sensiblement vertical ; d. détection du pédalage ou du non-pédalage en fonction de l'amplitude des déplacements détectés par rapport à une moyenne ; e. en cas de pédalage détecté au cours de l'étape d, détermination ou estimation du nombre de cycles effectués au cours de la fenêtre de calcul 25 et calcul de la fréquence de pédalage en fonction du nombre de cycles effectués au cours de la fenêtre de calcul ; et en cas de non pédalage détecté au cours de l'étape d, évaluation de la fréquence de pédalage par lissage temporel pendant un nombre prédéfini de mesures et confirmation d'un non pédalage en cas de non pédalage 30 détecté au cours d'un nombre de mesures supérieur à ce nombre prédéfini.