MANIVELLE POUR UN PEDALIER DE BICYCLETTE ET PEDALIER MUNI DE TELLES MANIVELLES
La présente invention concerne une manivelle pour un pédalier de bicyclette, ainsi qu'un pédalier muni de deux de ces manivelles.
Les deux manivelles du pédalier d'une bicyclette sont adaptées pour transmettre la force des jambes du cycliste à un plateau d'entraînement d'une chaîne ou analogue reliée généralement à la roue arrière de la bicyclette. A cet effet, une extrémité de chaque manivelle est reliée de façon articulée à une pédale et l'autre extrémité est montée sur un axe central d'entraînement du pédalier. Les manivelles employées habituellement sont rectilignes.
Il est connu de FR-A-1 058 203 d'utiliser des manivelles coudées, c'est-à-dire constituées chacune de deux bras rigides qui forment les deux côtés d'un triangle dont la base serait une ligne droite imaginaire allant de l'axe de la pédale à l'axe d'entraînement du pédalier. L'angle entre ces deux bras rigides n'est pas précisé dans ce document. Au vu des figures, il peut être estimé à environ 100° .
Bien que recourir à de telles manivelles coudées semble en principe faciliter les mouvements de pedalage du cycliste, les performances pratiques du pédalier envisagé dans ce document, avec un angle entre les bras rigides de 100°, demeurent, semble-t-il, très proches de celles d'un pédalier classique à manivelles rectilignes. De la même façon, FR-A-2 660 615 a proposé de couder une manivelle de pédalier de bicyclette selon un angle de précisément 135° en vue d'apporter un retard de 45° dans la traction inutile sur l'axe d'entraînement du pédalier. La manivelle envisagée dans ce document semble cependant
impossible à fabriquer puisqu'il est expliqué que le fait de couder la manivelle fait perdre 20 mm à sa longueur primitive de 190 mm pour rendre ainsi sa distance d'axe en axe égale à 170 mm. Dans ce cas, même en situant la zone coudée à 135° au milieu de la manivelle, ce qui permet d'obtenir deux bras les plus longs possibles, les longueurs respectives de chaque bras de la manivelle sont égales à environ 92 mm, la somme de ces deux longueurs étant nettement inférieure à la longueur primitive énoncée dans ce document, à savoir 190 mm. En outre, à l'usage, les performances d'une manivelle de pédalier de bicyclette coudée à 135°, comme proposé dans FR-A-2 660 615, sont très proches de celles d'une manivelle rectiligne. Autrement dit, la réduction, annoncée dans ce document, de la perte de puissance lors de l'entraînement en rotation de la manivelle ne semble pas obtenue en pratique.
Le but de la présente invention est de proposer un pédalier de bicyclette qui apporte une nette amélioration pour le cycliste, notamment en réduisant pour ce dernier l'effort de pedalage à développer.
A cet effet, l'invention a pour ob et une manivelle pour un pédalier de bicyclette, du type comportant deux bras reliés rigidement l'un à l'autre à une première de leur extrémité en formant entre eux un angle strictement inférieur à 180°, le premier bras étant adapté à sa seconde extrémité pour être monté sur un axe d'entraînement en rotation du pédalier et le second bras étant adapté à sa seconde extrémité pour porter une pédale de sollicitation de la manivelle, caractérisée en ce que l'angle formé par le premier et le second bras est compris entre 122 et 131°, de préférence entre 124 et 127°.
L'invention a également pour objet une manivelle pour un pédalier de bicyclette, du type comportant deux bras reliés rigidement l'un à l'autre à une première de leur
extrémité en formant entre eux un angle strictement inférieur à 180°, le premier bras étant adapté à sa seconde extrémité pour être monté sur un axe d'entraînement en rotation du pédalier et le second bras étant adapté à sa seconde extrémité pour porter une pédale de sollicitation de la manivelle, caractérisée en ce que l'angle formé par le premier et le second bras est d'environ 125°.
La géométrie de la manivelle selon l'invention réduit nettement l'effort de pedalage développé par le cycliste, des essais mesurant la fréquence cardiaque moyenne d'un cycliste concluant à une diminution sensible de la fréquence cardiaque tant par rapport à une manivelle droite qu'aux manivelles coudées envisagées dans FR-A-1 058 203 et dans FR-A-2 660 615. D'autres essais montrent également une baisse sensible de la consommation d'oxygène du cycliste, dans les mêmes proportions que la fréquence cardiaque. Il semble que, selon la valeur de l'angle formé entre les bras de la manivelle, la position du centre de gravité de cette manivelle varie de sorte qu'avec la manivelle selon l'invention, le centre de gravité est situé au-delà de la verticale, suivant le sens d'entraînement de la manivelle en vue de faire avancer la bicyclette, lorsque le cycliste amorce son effort de sollicitation vers l'avant et vers le bas de la manivelle. Cette manivelle présente avantageusement d'autres caractéristiques, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, énoncées aux revendications dépendantes 4 à 8.
L'invention a également pour objet un pédalier pour bicyclette, du type comportant au moins un plateau d'entraînement d'une chaîne ou analogue, et définissant un axe d'entraînement en rotation dudit plateau, sur lequel sont montées deux manivelles équipées chacune d'une pédale de sollicitation de la manivelle correspondante,
caractérisé en ce que les manivelles sont telles que définies ci-dessus.
Une caractéristique avantageuse de ce pédalier est énoncée à la revendication 10. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en élévation d'un pédalier selon l'invention, monté sur une bicyclette ;
- la figure 2 est une vue en élévation de la manivelle droite du pédalier de la figure 1 ;
- la figure 3 est une vue en élévation de la manivelle gauche du pédalier de la figure 1 ; et - la figure 4 est un graphique représentant l'écart de la fréquence cardiaque moyenne d'un cycliste utilisant un pédalier à manivelles coudées, en fonction de l'angle de coude, par rapport à la fréquence cardiaque moyenne de ce cycliste utilisant un pédalier classique à manivelles rectilignes.
Sur la figure 1 est représenté un pédalier 1 équipant une bicyclette 2 partiellement représentée. De manière classique, ce pédalier définit un axe X-X autour duquel l'ensemble du pédalier est à même de tourner. Dans toute la suite, les termes « droit » et « gauche », ainsi que « avant » et « arrière », sont définis par rapport au sens normal de déplacement de la bicyclette 2, indiqué par la flèche D sur la figure 1.
Le pédalier 1 comporte au moins un petit plateau 4 et un grand plateau 6 centrés sur l'axe X-X et pourvus chacun à leur périphérie d'une couronne dentée en prise avec une chaîne à maillons 8. Cette chaîne est reliée à l'axe de rotation de la roue arrière de la bicyclette de façon à
transmettre un mouvement de rotation à cette roue depuis le pédalier 1.
Pour permettre l'entraînement en rotation des plateaux autour de l'axe X-X, le pédalier 1 comporte une paire de manivelles, à savoir une manivelle droite 10A et une manivelle gauche 10B. Ces manivelles 10A et 10B sont montées sur un arbre commun 12 définissant l'axe X-X et par exemple supporté dans un élément tubulaire de la structure 14 de la bicyclette 2. Les manivelles sont liées en rotation à l'arbre 12, le montage de chaque manivelle sur l'arbre étant par exemple assuré par un effet de coin.
Comme représenté en détail sur la figure 2, la manivelle droite 10A comporte deux bras rigides 16A et 18A qui forment une pièce d'un seul tenant par exemple en alliage - léger à base d'aluminium ou de magnésium ou bien en matériau composite, notamment renforcé par du carbone. Le bras 16A, monté sur l'arbre 12, est venu de matière avec des branches 20 disposées en forme d'étoile autour de l'axe X-X, dont les extrémités libres sont fixées aux plateaux 4 et 6, par exemple au moyen de rivets ou de vis 22.
La seconde branche 18A de la manivelle 10A forme à son extrémité libre un axe d'articulation A-A sur lequel est montée à basculement une pédale 24A.
Les bras 16A et 18A de la manivelle 10A forment entre- eux, du côté arrière de la manivelle, un angle α d'environ 125°. En d'autres termes, ces bras forment les deux côtés d'un triangle dont la base est la droite imaginaire reliant le point de montage du bras 16A sur l'arbre 12 et le point d'articulation de la pédale 24A sur le bras 18A, c'est-à- dire la droite imaginaire reliant l'axe X-X à l'axe A-A, et dont le sommet opposé à cette base est d'angle α.
A titre d'exemple, la distance d séparant l'axe X-X de l'axe A-A vaut environ 170 mm, ce qui correspond à la
longueur standard d'une manivelle rectiligne pour un pédalier classique de l'art antérieur. En variante, cette distance d est choisie entre 170 et 180 mm environ. La longueur a du bras 16A, c'est-à-dire la distance séparant l'axe X-X du point de concourance des axes longitudinaux des bras 16A et 18A, vaut environ 60 mm.
Le centre de gravité, noté GA, de la manivelle 10A est situé à l'intérieur du secteur angulaire défini par l'angle α. Sur la figure 3 est représentée la manivelle gauche 10B qui présente la même structure que la manivelle 10A, hormis qu'elle est dépourvue de moyens la reliant directement au plateau 4 ou 6. Les constituants de cette manivelle 10B ne seront donc pas décrits plus avant, ces éléments portant la même référence que les éléments correspondants de la manivelle 10A, la lettre B remplaçant la lettre A.
En fonctionnement, le pédalier 1 se révèle particulièrement avantageux pour le cycliste qui, par rapport aux pédaliers connus, développe un effort musculaire moindre lors du pedalage pour obtenir la même puissance transmise à la roue arrière de la bicyclette.
Plus précisément, lors d'essais comparatifs entre un pédalier classique comportant deux manivelles rectilignes, un pédalier comportant deux manivelles coudées avec un angle de coudage α égal à 100° et le pédalier 1 décrit ci- dessus, on a mesuré pendant 25 minutes la fréquence cardiaque moyenne pour une fréquence de pedalage imposée, par exemple égale à 90 tours/minute. Le même cycliste, placé dans les mêmes conditions de pedalage, présente une fréquence cardiaque moyenne d'environ 148 battements par minute lorsqu'il utilise le pédalier classique précité tandis que sa fréquence cardiaque moyenne n' est que
d'environ 145 battements par minute lorsqu'il utilise le pédalier 1. A l'inverse, l'utilisation du pédalier dont les manivelles sont coudées à 100° n'apporte aucune réduction sensible de cette fréquence cardiaque, et donc de l'effort musculaire développé par le cycliste.
D'autres essais conduits avec les mêmes pédaliers, mais pour une fréquence de pedalage imposée moins grande conduisent à un résultat encore plus significatif pour le pédalier 1 vis-à-vis du pédalier classique à manivelles rectilignes et du pédalier à manivelles coudées à 100°. Par exemple, pour une fréquence de pedalage égale à environ 80 tours par minute, la différence des fréquences cardiaques moyennes est d'au moins 11 battements par minute en faveur du pédalier selon l'invention. Par ailleurs, on a mesuré la quantité d'oxygène consommée par le cycliste lors de l'utilisation du pédalier classique à manivelles rectilignes et le pédalier 1. Les essais correspondants mettent en évidence une différence moyenne d'environ 5% de consommation d'oxygène en faveur du pédalier 1 selon la fréquence de pedalage. Cette différence est d'autant plus importante que l'intensité de l'exercice est faible.
L'explication de ces résultats peut être liée à la position des centres de gravité GA et GB des manivelles du pédalier 1. Sur la figure 1, le pédalier 1 est représenté en fonctionnement dans une configuration suivant laquelle le cycliste s'apprête à, par le biais de son pied droit, développer un effort de sollicitation de la manivelle droite 10A en vue d'entraîner en rotation l'un des plateaux 4 ou 6. On remarque que dans cette configuration, la directrice F de l'effort développé par le cycliste s'étend essentiellement suivant l'axe longitudinal du bras 18A et que la verticale Δ, ou plus généralement la direction sensiblement perpendiculaire au plan sur lequel se déplace
la bicyclette, passe par le centre de gravité GA de la manivelle 10A de sorte que, lorsque le cycliste va développer et appliquer son effort sur la manivelle 10A, ce centre G sera disposé en avant de la verticale Δ. En d'autres termes, la géométrie des manivelles semble favoriser le passage des phases critiques du pedalage, à savoir les plages angulaires haute et basse qui, centrées sur l'axe X-X, s'étendent de plus ou moins 15 à 20° environ, de part et d'autre de la verticale Δ, en raison du décalage angulaire entre les centres de gravité des manivelles 10A, 10B et le point d'articulation des pédales 24A, 24B.
D'un point de vue anatomique, en particulier au niveau des chevilles du cycliste, l'utilisation du pédalier 1 entraîne une augmentation de la flexion plantaire au cours du pedalage, notamment lorsque la pédale 24A (ou 24B) est en position haute comme sur la figure 4.
D'autres exemples comparatifs ont permis de mettre en évidence que cet effet de réduction de la dépense énergétique du cycliste est obtenu pour un angle α compris entre 122° et 131°. Ainsi, à la figure 4, sont regroupés les résultats de tests comparatifs entre un pédalier classique à manivelles rectilignes, un pédalier à manivelles coudées à 100°, un pédalier à manivelles coudées à 120°, le pédalier 1 de la figure 1, un pédalier à manivelles coudées à 130° et un pédalier à manivelles coudées à 135°. Pour chaque manivelle coudée, la longueur du bras monté sur l'axe d'entraînement du pédalier est égale à 60 mm environ. On a mesuré, pendant une durée préfixée, la fréquence cardiaque moyenne d'un cycliste utilisant les pédaliers. précités lors de mesures successives suffisamment éloignées dans le temps les unes des autres, la fréquence de pedalage étant imposée à 80
tours par minute. Les valeurs des fréquences cardiaques moyennes associées à chacun des pédaliers à manivelles coudées sont rapportées à la valeur associée au pédalier classique, en exprimant en pourcentage, positif ou négatif, leur écart par rapport à cette dernière valeur. Les résultats sont illustrés à la figure 4 où le trait mixte correspond à l'utilisation du pédalier classique à manivelles rectilignes (écart nul) . On constate bien une nette amélioration des performances du cycliste pour un angle α compris entre 122 et 131°, et ce de manière encore plus flagrante pour un angle α compris entre 124 et 127°, l'optimum étant à 125° environ. D'autres essais relatifs à la quantité d'oxygène consommée par le cycliste confirment les avantages du pédalier selon l'invention, tant par rapport au pédalier classique qu'aux pédaliers à manivelles coudées à 100° ou à 135° dont les performances sont d'ailleurs en pratique sensiblement identiques, voire inférieures à celles du pédalier classique.
Divers variantes et aménagements au pédalier selon l'invention sont bien entendu envisageables, par exemple au niveau des points de liaison entre, d'une part, chaque manivelle et le ou les plateaux, et, d'autre part, cette manivelle et la pédale d'entraînement.
De même, la longueur a du bras 16A n'est pas limitée à 60 mm environ, mais peut être comprise entre 55 et 65 mm, c'est-à-dire être égale à une valeur ne modifiant pas de manière significative la géométrie des manivelles 10A, 10B des figures 1 à 3, en particulier en ce qui concerne le positionnement de leur centre de gravité GA et GB, de sorte que les performances illustrées à la figure 4 sont toujours atteintes .