FR3113395A1 - Moyen de pédalage lesté et cycle perfectionné équipé d’un tel moyen - Google Patents

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Abstract

Moyen de pédalage lesté et cycle perfectionné équipé d’un tel moyen L’invention porte sur un moyen de pédalage (11, 50) pour cycle (100) de type vélo, coopérant avec un pédalier (10) du cycle et permettant à un cycliste d’actionner en rotation le pédalier par un mouvement alternatif des jambes, ledit moyen présentant une extrémité avant pointant constamment vers l’avant du cycle lors d’une séquence de pédalage, le moyen étant lesté au niveau de cette extrémité avant de sorte à augmenter le couple de pédalage par gravité. L’invention porte également sur un pédalier et un vélo comprenant de tels moyens de pédalage. Figure pour l’abrégé : figure 7

Description

Moyen de pédalage lesté et cycle perfectionné équipé d’un tel moyen
La présente invention appartient au domaine de l’industrie du cycle, notamment des pièces détachées de cycles, et concerne plus particulièrement un moyen de pédalage, tel qu’une pédale, lesté et un cycle de type vélo équipé d’un tel moyen de pédalage.
La présente invention trouve une application directe dans le cyclisme sportif et sur route sans s’y limiter. Elle peut en outre être appliquée aux ergocycles.
Etat de l’art
Historiquement, le premier vélo s’apparentant à la bicyclette moderne date de la seconde moitié du 19èmesiècle et a été développé par les inventeurs français Lallement et Michaux. Pour son invention du vélocipède, Pierre Lallement s’est vu attribué le brevet américain US59915 en 1866. Déjà à l’époque, le but était de faciliter la locomotion en cherchant à augmenter la vitesse de déplacement tout en réduisant les efforts musculaires. De nos jours, les objectifs n’ont pas changé, cependant certaines avancées technologiques et prouesses techniques ont permis d’obtenir de très bonnes performances, en particulier dans le domaine du cyclisme sportif.
Au vu des enjeux écologiques actuels et de la volonté d’un transport à moindre pollution, le vélo redevient un moyen de transport de plus en plus prisé. L’implantation de bornes de vélos en libre accès dans les villes est devenue un symbole de modernité. Ainsi, le vélo survit à l’ère de la facilité et notamment du transport motorisé à base d’énergie fossile. Durant son évolution, le vélo a su profiter de l’évolution industrielle, de la recherche et développement par l’utilisation de nouveaux concepts (VTC, VTT, BMX Freestyle, descente), de nouveaux matériaux (aluminium, matériaux composites, etc.), de nouveaux mécanismes (dérailleurs, suspensions, etc.), et de nouvelles formes de propulsion telles que la propulsion assistée électriquement. Les fondements de la propulsion en cyclisme s’appuient sur l’utilisation des leviers pour optimiser la transformation des forces créées par le cycliste en une vitesse de déplacement. Il existe une forte similitude entre le dérailleur artificiel d’un vélo et « le dérailleur anatomique » qu’est le corps humain. En effet, le corps humain est composé d’actionneurs que sont les muscles, de leviers formés par les os et d’axes de rotations formés par les articulations. Le tout se rassemble en une chaîne mécanique permettant la propulsion.
Dans l’objectif d’aller plus vite avec moins d’efforts musculaires, nous pouvons soit agir sur la propulsion anatomique en modifiant la posture de pédalage par exemple, soit modifier le système de propulsion matériel. Ce deuxième cas se traduit par la recherche de perfectionnements des pièces mécaniques et essentiellement des pièces de transmission. Il s’agit d’utiliser les principes de la mécanique pour mettre en évidence les adaptations possibles face à l’augmentation de la contrainte.
Il existe de nombreuses solutions proposant d’améliorer les pièces de transmission des vélos pour augmenter le couple et donc la performance.
On connaît par exemple les plateaux non circulaires (elliptiques, ovoïdes, ou autres). Toutefois, ces plateaux ne suffisent pas à procurer un maximum de confort musculaire lors du pédalage et semblent parfois perturber les cyclistes débutants en raison des tensions élevées sur la chaîne que ces plateaux induisent durant certaines phases du pédalage.
De tels plateaux sont par exemple décrits dans le document FR2682349.
Présentation de l’invention
La présente invention vise à pallier les inconvénients de l’art antérieur, en particulier à augmenter le couple de pédalage en profitant de la gravité et à optimiser certains matériels pour obtenir la meilleure performance possible.
Un autre objectif de l’invention est de proposer une solution simple et pratique, pouvant être installée sans difficulté sur des vélos existants et donc commercialisée en ce sens.
À cet effet, l’invention a pour objet un moyen de pédalage pour cycle de type vélo, coopérant avec un pédalier du cycle et permettant à un cycliste d’actionner en rotation le pédalier par un mouvement alternatif des jambes, ledit moyen présentant une extrémité avant pointant constamment vers l’avant du cycle lors d’une séquence de pédalage. Ce moyen de pédalage est remarquable en ce qu’il est lesté au niveau de son extrémité avant de sorte à augmenter le couple de pédalage par gravité.
Ainsi, pour un effort de pédalage donné, le cycliste génère un couple plus important et donc une plus grande vitesse de déplacement. Inversement, le cycliste fournit moins d’effort pour obtenir une vitesse donnée, ce qui limite ses dépenses énergétiques et donc sa fatigue musculaire.
Selon un aspect avantageux de l’invention, le moyen de pédalage est une pédale classique comportant un lest placé à son extrémité avant de sorte à déporter vers l’avant le centre de gravité de ladite pédale.
De ce fait, le moyen de pédalage exploite la position naturelle du pied du cycliste qui tourne constamment pointé vers l’avant lors du pédalage.
Selon un autre aspect avantageux de l’invention, le moyen de pédalage est une chaussure de cyclisme comportant un lest au niveau de son bout, sous forme de coque en plomb par exemple.
Selon d’autres aspects de l’invention, le moyen de pédalage peut être un cale-pied, à lanière ou automatique, un couvre-chaussure ou tout autre accessoire conventionnel d’aide au pédalage.
Il convient de noter que la position et la répartition du lest dans le moyen de pédalage peuvent être adaptées aux spécificités géométriques dudit moyen de sorte à ne pas entraver le pédalage, par exemple par un contact sol non désirable lors de virages.
L’invention a également pour objet un pédalier pour cycle de type vélo, comportant au moins un moyen de pédalage comme présenté ci-dessus.
Avantageusement, le pédalier comprend deux pédales, chacune des pédales comportant un lest placé à son extrémité avant.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, chaque pédale est articulée à une manivelle, chacune desdites manivelles présentant une forme angulaire et comportant une petite branche de longueur L1et une grande branche de longueur L2supérieure à L1, lesdites branches formant un angle α, les pédales étant articulées aux extrémités libres des premières branches.
Plus particulièrement et selon un mode de réalisation préféré, les longueurs L1et L2vérifient la relation (L2+L1)/L2= L2/L1et l’angle α exprimé en radians est sensiblement égal à πL1/L2, le rapport L2/L1étant le nombre d’or.
L’invention a également pour objet un vélo pour du cyclisme de sport ou de route, comportant un pédalier tel que présenté.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, le vélo comporte en outre au moins un plateau non circulaire entraîné par le pédalier et entraînant une chaîne de transmission, elle-même entraînant un pignon sur une roue arrière du vélo. Un tel plateau non circulaire peur être de forme elliptique, ovale ou présentant une symétrie unique par rapport à un point central.
Les concepts fondamentaux de l’invention venant d’être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d’autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d’exemples non limitatifs des modes de réalisation de moyens de pédalage et d’un vélo associé conformes aux principes de l’invention.
Présentation des dessins
Les figures sont données à titre purement illustratif pour l’intelligence de l’invention et ne limitent pas la portée de celle-ci. Les différents éléments sont représentés de manière schématique et ne sont pas nécessairement à la même échelle. Sur l’ensemble des figures, les éléments identiques ou équivalents portent la même référence numérique.
Il est ainsi illustré en :
: un cycle de type vélo équipé de moyens de pédalage selon un mode de réalisation de l’invention ;
: les forces extérieures appliquées au pédalier lors du pédalage ;
: une pédale lestée à l’avant selon l’invention ;
: une chaussure de cyclisme lestée à l’avant selon l’invention ;
: une manivelle coudée selon un mode de réalisation de l’invention ;
: un pédalier selon l’invention monté sur un plateau non circulaire ;
: un ensemble de pédalage selon l’invention comprenant des pédales et des chaussures lestées, des manivelles coudées et un plateau non circulaire.
Description détaillée de modes de réalisation
Il convient de noter que certains dispositifs et systèmes bien connus dans l’industrie du cycle sont ici décrits pour éviter toute insuffisance ou ambiguïté dans la compréhension de la présente invention.
Dans le mode de réalisation décrit ci-après, on fait référence à différents moyens de pédalage tels que les pédales, les chaussures intégrées ou amovibles, les cale-pieds et autres, et à une manivelle perfectionnée, destinés principalement à équiper un vélo. Cet exemple d’application, non limitatif, est donné pour une meilleure compréhension de l’invention et n’exclut pas l’incorporation des moyens de pédalages et de la manivelle perfectionnée dans d’autres types de cycles tels que des ergocycles et plus généralement dans tout système nécessitant un pédalage et une transmission similaire à celle d’une bicyclette conventionnelle.
Dans la suite de la description, les termes « bicyclette » et « vélo » (contraction de vélocipède) sont indifféremment employés pour désigner un cycle à deux roues dont la force motrice est fournie par l’effort physique d’un conducteur appelé « cycliste ».
Lafigure 1représente un vélo 100 de type vélo de course pour du cyclisme sportif ou sur route, comportant principalement un pédalier 10 équipé de pédales 11a et 11b selon l’invention, au moins un plateau 20 solidaire du pédalier et entraîné en rotation par celui-ci, une chaîne 30 entraînée par le plateau, une roue arrière 41 entraînée par la chaîne, une roue avant 42, ainsi que d’autres éléments constitutifs qu’on retrouve classiquement dans la majeure partie des vélos. Parmi ces éléments, dont l’intérêt est moindre pour la présente invention, on peut citer un cadre avec ses tubes supérieur, inférieur, de selle, son hauban et sa base ; une assise avec sa selle et sa tige de selle ; et un train avant avec son guidon, son tube de direction, son amortisseur et sa fourche.
En outre, le vélo 100 comporte des dérailleurs avant et arrière, des pignons et des freins avant et arrière non représentés.
Il est utile de rappeler que chaque pédale 11a et 11b est montée sur une manivelle 12a et 12b qui transmet l'effort au plateau 20 avec un effet de levier, l’ensemble formant le pédalier 10. Le plateau 20 comprend une roue dentée solidaire entraînant la chaîne 30 qui, elle-même, entraîne un pignon fixé sur la roue arrière 41. Les pédales 11a et 11b du vélo 100 sont en rotation libre autour de leurs axes propres et permettent à la force du cycliste de s'exercer alternativement sur l'une ou l'autre des deux pédales. En effet, lorsque le pied descend, la force musculaire est transmise à la pédale correspondante, et lorsque le pied remonte, en l'absence d'un système de fixation sur la pédale (cale-pied à lanières serré, ou cale mécanique), la force musculaire n'est plus transmise au pédalier 10.
Le pédalier 10 est l’ensemble mécanique qui convertit le mouvement alternatif des jambes du cycliste lors du pédalage en un mouvement de rotation et comprend à cet effet une première pédale 11a et une deuxième pédale 11b, d’un côté et de l’autre du plateau 20, articulées chacune à une manivelle 12a et 12b, les deux manivelles s’étendant sensiblement suivant une même direction passant par le centre du plateau 20 qui représente également l’axe de rotation dudit pédalier.
Selon un aspect particulièrement avantageux de l’invention, chaque pédale 11a et 11b est lestée au niveau de sa partie avant, autrement dit en aval de son axe, qui correspond à l’axe d’articulation de la pédale sur la manivelle associée, suivant le sens d’avancement du vélo 100.
Selon l’exemple de réalisation illustré, chaque pédale 11a et 11b est lestée au moyen d’un lest 13a et 13b placé au niveau de l’extrémité avant de la pédale.
De préférence, les lests 13a et 13b présentent des masses sensiblement égales pour assurer une symétrie lors du pédalage. Toutefois, un réglage des lests peut être envisagé pour adapter le chargement de chaque pédale à la puissance musculaire de la jambe concernée du cycliste.
Ainsi, le centrage de chaque pédale s’en trouve modifié, avec une répartition massique non uniforme longitudinalement. De ce fait, le centre de gravité de chaque pédale, qui correspond au point d’application du poids de ladite pédale, est décalé vers le lest, donc vers l’avant de la pédale. Par conséquent, le couple du poids des pédales est modifié à cause du changement de bras de levier.
En effet, en référence à lafigure 2, si on considère que l’effet des lests 13a et 13b se traduit par un poids P supplémentaire déporté à l’avant de chaque pédale, on peut aisément constater que les moments de ces poids par rapport à l’axe de rotation 14 du pédalier 10 ne s’annulent pas à cause de la différence des bras de levier.
Plus précisément, dans le plan d’étude (XZ) du repère lié au pédalier 10 et d’origine O, sensiblement confondue avec l’axe de rotation 14, si on considère que les poids Paet Pbdes lests 13a et 13b sont appliqués respectivement à des points A et B, la somme des moments de ces poids par rapport à O s’écrit :
[math] :
Le développement de cette relation permet d’obtenir un couple C dû aux poids des lests donné par la relation suivante :
[math] :
Avec m13la masse de chaque lest 13a et 13b, g l’accélération de la pesanteur et la position angulaire du vecteur OB. Il faut noter que l’angle θ correspond à l’angle de rotation de la manivelle 12b, pris comme nul lorsque ladite manivelle est à l’horizontale en phase descendante.
Il faut également noter que pour des raisons de simplification, l’angle entre le vecteur OA et l’axe X est considéré comme égal à l’angle entre le vecteur OB et l’axe X. En réalité, le maintien des pédales sensiblement à l’horizontale lors du pédalage induit une petite différence entre ces angles qui n’a aucun impact sur l’interprétation qui suit.
En raison des variations de signe du cosinus et de la différence (OB – OA) entre les phases de descente et de remontée de chaque pédale, le couple C demeure positif en permanence.
Par exemple, sur la figure 2, la distance OB est supérieure à la distance OA lors de la descente de la pédale 11b. En même temps, l’angle θ varie entre 3π/2 et 0 (rad) et son cosinus reste donc positif.
Ainsi, le couple C engendré par les poids des lests apporte une puissance supplémentaire lors du pédalage sans effort musculaire supplémentaire.
Les pédales peuvent donc être lestées de différentes manières à condition de respecter un centrage avant de la masse de sorte que la relation supra puisse toujours être vérifiée.
Lafigure 3représente une pédale 11 comportant à son extrémité avant un lest 13. Le lest 13 peut être constitué d’une masse en plomb ou dans un autre matériau de forte densité, et fixé rigidement à l’extrémité de la pédale de façon définitive ou amovible par soudage, vissage, clipsage ou tout autre moyen de fixation conventionnel.
Bien entendu, la pédale peut être lestée à sa fabrication par un changement de densité du matériau de fabrication. Les techniques de fabrication additive permettent par exemple de régler automatiquement la densité et donc la masse du matériau en fonction de la position dans l’objet à réaliser.
Le principe de lestage expliqué ci-avant peut être généralisé à tout autre moyen de pédalage et/ou d’aide au pédalage.
Par exemple, lafigure 4représente schématiquement une chaussure 50 comportant un lest 51 à son bout.
D’autres moyens de pédalage et/ou d’aide au pédalage peuvent être lestés, comme les cale-pieds, les adaptateurs et autres.
Sur les cycles qui sont munis de cale-pieds, la phase de remontée de la jambe est aussi exploitée pour transmettre une force musculaire, en tirant sur la pédale.
Selon un autre aspect avantageux de l’invention, les manivelles présentent une forme angulaire, dite coudée, de sorte à bien orienter la poussée du cycliste et à augmenter son couple. En outre, ces manivelles coudées permettent de faciliter le passage des deux points morts lors du pédalage.
Lafigure 5représente une manivelle 12’ selon un exemple de réalisation préféré, ladite manivelle comportant une petite branche 121 et une grande branche 122 se terminant respectivement par des extrémités d’articulation 123 et 124. Les branches 121 et 122 présentent respectivement des longueur L1et L2, avec L2supérieure à L1, et forment un angle α défini par leurs axes moyens en tiret cadratin-point sur la figure.
Selon cet exemple de réalisation, les longueurs L1et L2vérifient la relation (L2+L1)/L2= L2/L1et l’angle α exprimé en radians est sensiblement égal à πL1/L2, le rapport L2/L1étant le nombre d’or.
Par exemple, la longueur L1, la longueur L2et l’angle α sont respectivement égaux à 8 cm, 13 cm et 111,24°.
Pour encore plus de performance, le vélo peut comporter un plateau 20’ non circulaire comme représenté sur lafigure 6.
Les différents tests rapportés dans la littérature spécialisée n’ont montré aucune diminution de performance en utilisant les plateaux non circulaires. Ils se sont même révélés significativement plus performants (+ 1,6 %) lors d’un effort au seuil anaérobie. Trois facteurs semblent être à l’origine de cette amélioration. La forme du plateau permettrait de développer plus de force au moment de la phase de poussée/traction. Dans un second temps, le plateau faciliterait le passage des points morts en diminuant la force nécessaire à leur passage, mais l’accélération angulaire compenserait la perte de force pour conserver un niveau presque identique à celui d’un plateau circulaire conventionnel.
Le second facteur est l’inertie de pédalage créé lors de l’accélération provoquée par les passages des points morts. Cette vitesse aiderait le cycliste à développer plus de force au moment des phases de poussée traction.
Le dernier facteur serait une conséquence de la forme particulière du plateau qui engendrerait une activation plus précoce des muscles intervenants dans la phase de poussée, mais aussi une activation plus tardive au niveau des muscles responsables de la traction.
Enfin, il peut être envisagé de combiner les différents éléments décrits pour obtenir un maximum de performance.
La figure 7 illustre partiellement un vélo au niveau de sa transmission, comprenant des pédales 11a et 11b lestées 13a et 13b, des manivelles 12’a et 12’b coudées et un plateau 20’ non circulaire. Le cycliste peut également se servir de chaussures 50a et 50b lestées.
Il ressort clairement de la présente description que certains éléments peuvent être réalisés différemment sans pour autant sortir du cadre de l’invention, défini dans les revendications.

Claims (10)

  1. Moyen de pédalage (11, 50) pour cycle (100) de type vélo, coopérant avec un pédalier (10) du cycle et permettant à un cycliste d’actionner en rotation le pédalier par un mouvement alternatif des jambes, ledit moyen présentant une extrémité avant pointant constamment vers l’avant du cycle lors d’une séquence de pédalage, caractérisé en ce qu’il est lesté au niveau de cette extrémité avant de sorte à augmenter le couple de pédalage par gravité.
  2. Moyen de pédalage selon la revendication 1, ledit moyen étant une pédale (11) comportant un lest (13) placé à l’avant de la pédale de sorte à déporter vers l’avant le centre de gravité de ladite pédale.
  3. Moyen de pédalage selon la revendication 1, ledit moyen étant une chaussure (50) de cyclisme comportant un lest (51) au niveau de son bout.
  4. Moyen de pédalage selon la revendication 1, ledit moyen étant un cale-pied, un couvre-chaussure ou tout autre accessoire conventionnel d’aide au pédalage.
  5. Pédalier (10) pour cycle (100) de type vélo, comportant au moins un moyen de pédalage selon l’une quelconque des revendications 1 à 4.
  6. Pédalier selon la revendication 5, comprenant deux pédales (11a, 11b) comportant chacune un lest (13a, 13b) placé à son extrémité avant.
  7. Pédalier selon la revendication 5 ou la revendication 6, dans lequel chaque pédale (11a, 11b) est articulée à une manivelle (12’a, 12b’), chacune desdites manivelles présentant une forme angulaire et comportant une petite branche (121) de longueur L1 et une grande branche (122) de longueur L2 supérieure à L1, lesdites branches formant un angle α, les pédales étant articulées aux extrémités libres (123) des premières branches.
  8. Pédalier selon la revendication 7, dans lequel les longueurs L1 et L2 vérifient la relation (L2+L1)/L2 = L2/L1 et dans lequel l’angle α exprimé en radians est sensiblement égal à πL1/L2, le rapport L2/L1 étant le nombre d’or.
  9. Vélo (100) pour du cyclisme de sport ou de route, caractérisé en ce qu’il comporte un pédalier (10) selon l’une quelconque des revendications 5 à 8.
  10. Vélo selon la revendication 9, comportant en outre au moins un plateau (20’) non circulaire entraîné par le pédalier (10) et entraînant une chaîne (30) de transmission.
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