Brevet FR2658152A1 — publié le 19910816

La présente invention a pour objet un dispositif d'entraînement en rotation de la roue avant d'une bicyclette dont la roue arrière est motrice. Les bicyclettes de façon connue comprennent une roue arrière motrice et une roue avant directrice. L'utilisateur entraîne la roue arrière par l'intermédiaire de pédales disposées à l'extrémité de bras de manivelle solidaires d'un pédalier qui coopère avec une chaîne qui entraîne elle-mBme un pignon solidaire de la roue arrière. Le rapport du nombre de dents du plateau et du pignon détermine le coefficient de transmission. Compte tenu des besoins, les bicyclettes se répartissent en deux grandes catégories, les bicyclettes dites "de route" et les "bicyclettes tous terrains", plus particulièrement appelés V.T.T. (vélos tous terrains). De nombreuses sophistications ont amélioré les bicyclettes de chacune de ces catégories mais très ponctuellement. Ainsi les maillons de chaîne, les dents des pignons, notamment lorsque la bicyclette est munie de différents pignons avec changement de vitesse, ont été profilés, courbés pour améliorer le rendement, diminuer les pertes de temps lors des changements de vitesse et les frottements. De même les plateaux ovales, les roulements à aiguilles, les roues lenticulaires, les guidons à géométrie particulière contribuent à un meilleur rendement. Quant aux matériaux constituant les différents accessoires et le cadre, toutes les solutions, combinaisons ont été ou sont actuellement essayées pour diminuer le poids de la bicyclette. Ces bicyclettes présentent néanmoins un inconvénient important, le manque de motricité. Dans le cas des bicyclettes de route, cela est particulièrement sensible lorsque le revêtement routier est peu adhérent (pavés, eau, boue sur le bitume) ou dans le cas des montées lorsque l'utilisateur pédale en danseuse car le poids est. transféré sur l'avant ce qui "allège" la roue arrière et provoque son patinage. Quant aux V.T.T., le manque de motricité est flagrant car les terrains sur lesquels ils sont utilisés, ont par définition une faible adhérence et des obstacles a franchir de toutes natures (pierres, boue, ruisseaux, feuilles). Un autre inconvénient concerne le freinage. En effet, le freinage sur les deux roues est indépendant et tant la progressivité que la répartition du freinage est soumise a l'appréciation et à la dex térité de l'utilisateur. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de propulsion qui pallie notamment le manque de motricité, qui permet une interdépendance du freinage des roues avant et arrière, qui peut entre adapté sur les bicyclettes existantes moyennant de légères modifications, qui présente un poids supplémentaire compatible avec celui de la bicyclette, un prix de revient faible, une simplicité telle que la fiabilité soit au moins égale à celles des autres éléments et accessoires de la bicyclette. cet effet, selon l'invention, le dispositif de propulsion d'une bicyclette munie de moyens moteurs actionnés par l'utilisateur, entraînant la roue arrière et dont la roue avant est montée sur une fourche se caractérise en ce qu il comprend des moyens d'entraînement en rotation de la roue avant qui coopèrent avec les moyens moteurs. Selon une caractéristique particulière, les moyens d'entraînement comprennent un joint de cardan dont le premier demi-arbre est monté à rotation par rapport au cadre et dont le second demi-arbre est monté à rotation par rapport à la fourche. Dans le cas du joint de cardan, le premier demiarbre est muni à son extrémité d'un pignon récepteur et d'un organe de transmission qui coopère avec les moyens moteurs et le second demi-arbre est muni à son extrémité d'un pignon menant et d'un organe de transmission qui coopère avec un pignon récepteur solidaire de la roue avant de façon à entraîner cette roue avant en rotation. Selon un mode particulier de réalisation, les moyens moteurs comprennent un pédalier avec au moins un plateau, au moins un pignon disposé d'un côté de la roue arrière et solidaire de celle-ci et un organe de transmission reliant ce plateau et ce pignon et la roue arrière comporte également un pignon menant solidaire de la roue qui coopère avec l'organe de transmission associé au pignon récepteur du premier demi-arbre du joint de cardan. Selon une variante de l'invention, les moyens moteurs comprennent un pédalier avec au moins deux plateaux, un pignon solidaire de la roue arrière et un organe de transmission reliant le premier des deux plateaux à ce pignon et le second plateau coopère avec l'organe de transmission associé au pignon récepteur du premier demi-arbre du joint de cardan. Dans le cas de cette variante, une bote de vitesse est interposée entre le pédalier et les deux plateaux, elle comprend un arbre secondaire entraîné par l'arbre primaire du pédalier, un arbre ter tiaire relié à l'arbre secondaire par un organe de transmission et un arbre quaternaire supportant les deux plateaux, entraîné par l'arbre tertiaire. Selon différentes variantes et modes de réalisa- tion, le pignon récepteur de l'une des roues peut être muni d'une roue libre, un crabot débrayable peut store interposé entre le pignon récepteur de la roue avant et ladite roue avant et les différents pignons peuvent entre combinés de façon que la vitesse de rotation du pignon récepteur de la roue arrière soit très légèrement supérieure à la vitesse de rotation du pignon récepteur de la roue avant de façon que cette roue avant soit motrice lorsque la roue arrière patine. L'invention a également pour objet une bicyclette munie du dispositif de propulsion défini ci-dessus. Selon une caractéristique de cette bicyclette, l'ensemble des organes de transmission est disposé dans un carter. Selon une autre caractéristique, ce carter remplace le cadre et supporte directement tous les acces soires, notamment la fourche de la roue avant, la direction, la selle, la roue arrière et le dispositif de propulsion. La présente invention est décrite ci-après selon un mode de réalisation particulier avec ses variantes, appliqué à une bicyclette tout terrain mais immédiatement transposable à une bicyclette de route. Cette description est faite en regard des dessins annexés sur lesquels - La figure 1 représente une vue en élévation latérale d'une bicyclette munie du dispositif selon l'invention, - la figure 2 représente une vue de face avec coupe partielle du renvoi d'angle de la transmission vers la roue avant, - la figure 3 représente une vue en élévation latérale détaillée du renvoi d'angle de la transmission vers la roue avant, - la figure 4 représente une vue en coupe de la transmission vers la roue avant selon la ligne 4-4 de la figure 3, - la figure 5 représente une vue en élévation latérale avec arrachement partiel d'une variante de bicyclette munie du dispositif selon l'invention, - la figure 6 représente une vue en coupe longitudinale médiane du renvoi d'angle de la transmission vers la roue avant de la variante de la figure 5, - la figure 7 représente une vue en coupe transversale par l'axe C-C de rotation de la direction de la figure 6, - la figure 8 représente une vue en coupe par un plan horizontal suivant l'axe de rotation du joint de cardan selon la ligne 8-8 de la figure 7. Sur la figure 1 on a représenté une vue en élévation latérale du dispositif de propulsion d'une bicyclette, selon l'invention. Cette bicyclette comprend des moyens moteurs 10, actionnés par l'utilisateur entraînant la roue arrière 12. La roue avant 14 est montée sur une fourche 16 directrice. Le dispositif de propulsion comprend également des moyens d'entraînement 18 en rotation de la roue avant. La bicyclette selon l'invention comporte de façon connue un cadre 20, une colonne de direction 22 surmontée d'un guidon 24 comportant les différents moyens de commande 26 des organes de transmission, ainsi qu'une selle 28 réglable en hauteur. Les moyens moteurs 10 comprennent un pédalier 30 avec au moins un plateau 32, un ensemble de pignons récepteurs 34, un dérailleur 36 permettant d'effectuer les changements de pignons de l'ensemble 34 ainsi qu'un organe de transmission 38 reliant le plateau 32 à l'ensemble de pignons 34. La roue arrière 12 comprend également un pignon menant 40 qui coopère avec les moyens d'entraînement 18 en rotation de la roue avant. Ces moyens d'entraînement 18 comprennent essentiellement un joint de cardan 42 disposé en dessous de la colonne de direction 22, un organe de transmission 44 reliant le pignon menant 40 solidaire de la roue arrière 12 et le joint de cardan 42, un autre organe de transmission 46 étant disposé entre le joint de cardan 42 et un pignon récepteur 48 solidaire de la roue avant 14 Un tendeur de chaîne 45 guide la chaîne 44 et compense la flèche en temporisant les ballottements. Sur la figure 2 on a représenté en détail le joint de cardan 42. Le premier demi-arbre 50 du joint de cardan 42 tourne dans un palier 52 supporté par une potence 54 solidaire du cadre 20 et plus particulièrement du tube de guidage de la colonne de direction 22. g l'extrémité du demi-arbre 50 est fixé par l'in- termédiaire d'un boulon 56 un pignon récepteur 58 qui coopère avec la chaîne 44 et le pignon menant 40 solidaire de la roue arrière. Le joint de cardan 42 comprend également un second demi-arbre 60 qui tourne dans un palier 62 sol i- darisé à la fourche avant 16 par des soudures 64. Un pignon menant 66 est fixé au second demi-arbre 60 par l'intermédiaire d'un boulon 68, ce pignon 66 coopérant avec l'organe de transmission 46 et avec le pignon récepteur 48 solidaire de la roue avant. Les paliers 52 et 62 comprennent dans le mode de réalisation représenté des roulements a aiguilles. Le palier 62 dans lequel tourne le second demiarbre 60 se prolonge par un carter 70 qui protège le pignon 66. Sur la figure 3 on a représenté en détail la potence 54 qui est fixée sur la colonne de direction 22 mais également sur la barre inclinée 23 qui de façon connue assure la rigidité du cadre. Les autres éléments identiques à ceux des figures 1 et 2 portent les mêmes références. Sur la figure 4 on a représenté en détail une coupe par un plan horizontal suivant la ligne 4-4 de la figure 3. Cette vue permet de déduire la forme du boîtier 70 et de confirmer la position centrale du joint de cardan centré au droit de l'axe de la colonne de direction. Le fonctionnement du dispositif de propulsion selon l'invention est maintenant décrit. L'utilisateur entraîne la roue arrière par l'inter- médiaire du pédalier 30 qui met en rotation le plateau 32 qui lui-mBme entraîne l'organe de transmission 38 qui coopère avec l'un des pignons de l'ensemble 34 de pignons solidaire de la roue arrière choisi grâce au dérailleur de façon connue. Simultanément, le pignon 40 est entraîné en rotation puisqu il est solidaire de la roue arrière 12. L'organe de transmission 44 est alors entraîné dans le sens des flèches ce qui provoque la rotation du pignon 58 solidaire du demi-arbre 50 du joint de cardan 42. Le tendeur de chaîne 45 permet de compenser la flèche de la chaîne et ses différentes oscillations lors du déplacement de la bicyclette. Le demi-arbre 50 entraîne en rotation le second demi-arbre 60 qui lui-mEme met en rotation le pignon 66 qui coopère avec l'organe de transmission 46 pour mettre en rotation le pignon 48 solidaire de la roue avant 14. ainsi la rotation de la roue arrière 12 provoque la rotation de la roue avant 14. Les différents pignons sont de dimensions telles que le rapport d'entraînement est le mEme pour la roue arrière que pour la roue avant, si bien que les deux roues tournent strictement à la même vitesse. Dans ce cas, la bicyclette est à deux roues motrices en continu On connaît par ailleurs les systèmes de roue libre qui sont généralement montés sur la roue arrière et qui évitent à l'utilisateur de pédaler et lui permettent de profiter de l'inertie accumulée en laissant la roue arrière 12 tourner librement sans pédaler. La roue libre est disposée dans le moyeu même de la roue arrière, elle est constituée généralement d'un cliquet escamotable interposée entre une première partie tournante par rapport à l'arbre fixe solidaire du cadre et une seconde partie mobile en rotation par rapport à la première. Selon une variante de l'invention, il est donc possible de monter une roue libre également sur la roue avant 14, de façon que les organes de transmission 44 et 46 ne soient pas entraînés lorsque la bicyclette avance et que l'utilisateur a cessé de pédaler. Pour obtenir ce résultat, il est également nécessaire de fixer le pignon menant 40 de la roue arrière et le pignon récepteur 48 de la roue avant sur la partie de la roue libre correspondante. Selon une autre variante, il est également possible de prévoir une transmission qui confère à la roue avant une vitesse inférieure a celle de la roue arrière. Dans ce cas, compte tenu des roues libres seule la roue arrière est motrice, la roue libre de la roue avant n'engageant que lorsque la roue arrière motrice patine. Un tel dispositif de propulsion est donc prévu pour entre installé dès l'origine lors de la fabrication de la bicyclette mais également sur les bicyclettes existantes moyennant quelques modifications simples allant tout au plus jusqu'a un changement de la fourche d'origine pour une nouvelle fourche toute équipée. Une variante du dispositif de propulsion selon l'invention est décrite ci-après en regard des figures 5 à 8. La bicyclette 110 de la figure 5 comprend un cadre 120 formant carter 113 dans lequel sont disposés tous les organes de transmission notamment les moyens moteurs 110, les moyens d'entraînement de la roue arrière 112 et les moyens d'entraînement 118 de la roue avant 114. La bicyclette comprend également une fourche avant 116 directrice formant carter 117 pour les moyens de transmission de la roue avant. Le cadre 120 supporte directement le guidon 124, les moyens de commande 126 des différents organes de transmission et la selle 128. Les moyens moteurs 110 comprennent un pédalier 130 avec un jeu de pédales actionnées par l'utilisateur entraînant un arbre primaire 133 coopérant avec un arbre secondaire 135 sur lequel est fixé au moins un pignon 137. Un organe de transmission 139 relie ce pignon 137 à un autre pignon 139 solidaire d'un arbre tertiaire 141. Cet arbre tertiaire coopère directement avec un arbre quaternaire 143 sur lequel sont fixés deux plateaux 132 et 140 coopérant respectivement avec les organes de transmission 138 qui engrènent avec un pignon récepteur 134 solidaire de la roue arrière et 144 qui attaque un joint de cardan 142. L'ensemble des quatre arbres et des pignons correspondants constitue une boîte de vitesses 131. Le joint de cardan 142 ainsi que la colonne de direction 122 sont représentés en détail sur les figures 6 et 7. Le joint de cardan 142 comprend deux demi-arbres 150 et 160 tournant respectivement dans les paliers 152 et 162 solidaires du cadre 120 et de la fourche 116. L'organe de transmission ou chaîne 144 attaque plus particulièrement un pignon récepteur 158 dont l'axe de rotation passe par l'axe central de direction C C. Ce pignon 158 est solidaire du demi-arbre 150. Le demi-arbre 160 porte également un pignon menant 166 qui attaque par l'organe de transmission 146, le pignon récepteur 148 solidaire de la roue avant. Sur cette figure 7 on voit la forme du cadre formant carter et la colonne de direction particulière de cette variante de réalisation. En partie supérieure 145 et inférieure 147 de l'extrémité du cadre, il est prévu un montage à rotation comprenant pour chacune des parties une butée 149 et 151 conformée suivant le profil du cadre dans laquelle vient se visser un boulon 153 et 155 dont la tte porte sur la bague intérieure d'un roulement à billes 157, 159 solidaire de la fourche. Une rondelle 161, 163 est interposée entre la bague intérieure du roulement et la butée. En partie supérieure de la colonne de direction, il est prévu de façon connue un logement 165 dans lequel est montée la tige de guidon 167 bloquée par un coin 169. Sur la figure 6, les éléments identiques portent des références identiques. La fente 171 prévue dans la fourche 116 et dans la colonne 122 pour permettre la rotation de la fourche autour de l'axe de direction peut être obturée éventuellement par un soufflet 173. La fourche 116 est réalisée de façon asymétrique monobras pour limiter le poids et le nombre de pièces. En effet, la fourche a une résistance suffisante pour reprendre la totalité des efforts compte tenu de sa section. Les matériaux utilisés seront plus particulièrement des composites dont le rapport résistance-poids est bien connu. De plus, il est possible de prévoir des renforts en certains points dont la résistance ou la rigidité doivent store augmentées ; c'est le cas notamment pour les supports des roulements à billes de la colonne de direction, des paliers de pignons et du joint de cardan ainsi que pour les axes de roue ou l'arbre du pédalier et ceux de la boîte de vitesses. En ce qui concerne la boîte de vitesses, dont les moyens de commande ne sont pas représentés car ils sont connus en eux-m?mes, celle-ci peut être complétée par des pignons juxtaposés les uns aux autres et crabotables sur les arbres secondaires et tertiaires de façon à faire varier les rapports de façon analogue à celle d'une boîte de vitesses de motocyclette. Dans ce cas, les inconvénients. du dérailleur et de la chaîne qui travaille de biais lors des changements de pignons sont supprimés. Quant aux différents organes de transmission, ce sont des chaînes à maillons connues dans le domaine du cyclisme mais elles peuvent Autre remplacées par des courroies crantées auquel cas des poulies remplacent les pignons. Un tel changement est à la portée de l'homme de l'art. Dans la variante représentée aux figures 5 à 8, il est possible de prévoir une lubrification par barbotage dans l'huile. I1 suffit en effet d'une très faible quantité d'huile et comme le cadrecarter est hermétique, il n'y a pas de pollution de cette huile. Cet avantage n'est pas négligeable quand on sait que les pertes sur les parties tournantes, paliers, arbres sont de l'ordre de 30 % sur une bicyclette. I1 est nécessaire de prévoir des trappes d'accès aux différentes parties du cadre-carter. Ces trappes ne sont pas représentées pour la clarté du dessin et parce qu'elles sont à la portée de l'homme de l'art. Le fonctionnement du dispositif de propulsion 110 de la variante de bicyclette des figures 5 à 8 est sensiblement le mSme que précédemment et c'est pour cette raison que les pièces identiques ou ayant la même fonction sont référencées par le mme numéro devant lequel est placé un 1. Quant aux pièces différentes, elles portent des références impaires dans la série des centaines. L'utilisateur exerce un couple moteur sur les pédales ce qui provoque la rotation de l'arbre primaire ainsi que ceux des arbres secondaire, tertiaire et quaternaire de la boîte de vitesse. Les organes de transmission 138 et 144, entraînés à leur tour, mettent en rotation les roues avant et arrière. Comme pour le mode préféré de réalisation, il est possible dans le cas de cette variante de rendre les deux roues motrices simultanément, la roue avant étant motrice uniquement quand la roue arrière patine, par interposition de roues libres et de crabots Lorsque les deux roues sont motrices simultanément, le freinage est simultané et il y a interaction entre roue avant et arrière. I1 est également possible de disposer un embrayage centrifuge à masselottes bien connu dans le domaine des cyclomoteurs pour l'entraînement de la roue avant. Un avantage supplémentaire de la variante est l'augmentation de la garde au sol par suppression des plateaux classiques, avantage important notamment pour les V.T.T. Des essais pratiques ont montré l'augmentation de la maniabilité et le gain de motricité, plus particulièrement en terrain glissant en montée lorsque le poids de l'utilisateur est déporté sur l'avant. Quant au poids supplémentaire du dispositif de propulsion avec roue avant motrice, il peut store estimé a 500 à 800 g. Dans le cas de la variante, il est intégré à la bicyclette et compte tenu de l'utilisation de matériaux composites et des gains de poids notam ment en recourant aux matières plastiques pour les pièces d'entraînement, on considère qu il n'y a aucun supplément de poids. De plus, compte tenu du fait que les transmissions et paliers peuvent être lubrifiés et que les efforts sur les organes de transmission, chaîne ou courroies, sont exercés parfaitement dans l'axe, le rendement global en est augmenté. En ce qui concerne l'entraînement de la roue avant uniquement lorsque la roue arrière patine, il est possible de faire varier le rapport de transmission par suppression d'une dent sur la transmission arrière (40, 134) par rapport à la transmission avant. Dans ce cas, la roue arrière tourne légère- ment plus vite que la roue avant. Seule la roue libre de la roue arrière enclenche, la roue libre avant n'enclenchant que lorsque la roue arrière patine. REVENDICATIONS 1. Dispositif de propulsion d'une bicyclette, dont la roue avant est montée sur une fourche (16, 116) directrice munie de moyens moteurs (10, 110), actionnés par l'utilisateur, et entraînant la roue arrière (12, 112) caractérisé en ce qu il comprend des moyens d'entraînement (18, 118) en rotation de la roue avant (14, 114) qui coopèrent avec les moyens moteurs. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens d'entraînement (18, 118) comprennent un joint de cardan (42, 142) dont le premier demi-arbre (50, 150) est monté à rotation par rapport au cadre (20, 120), et dont le second demi-arbre (60, 160) est monté à rotation par rapport a la fourche (16, 116). 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que le premier demi-arbre (50, 150) est muni à son extrémité d'un pignon récepteur (58, 158) et d'un organe de transmission (44, 144) qui coopère avec les moyens moteurs (10, 110) et en ce que le second demi-arbre (60, 160) est muni à son extrémité d'un pignon menant (66, 166) et d'un organe de transmission (46, 146) qui coopère avec un pignon récepteur (48, 148) solidaire de la roue avant (14, 114) de façon à entraîner cette roue avant en rotation. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens moteurs (10) comprennent un pédalier (30) avec au moins un plateau (32), au moins un pignon (34) disposé d'un c8té de la roue arrière (12) et solidaire de celleci, un organe de transmission (38) reliant ce plateau et ce pignon et en ce que la roue arrière (12) comprend également un pignon menant (40) solidaire de cette roue qui coopère avec l'organe de transmission (44) associé au pignon récepteur (58) du premier demi-arbre (50) du joint de cardan (42). 5. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens moteurs (110) comprennent un pédalier (130) avec au moins deux plateaux (132), un pignon solidaire (132) de la roue arrière (112) et un organe de transmission (138) reliant le premier des deux plateaux à ce pignon et en ce que le second plateau (132) coopère avec l'organe de transmission (144) associé au pignon récepteur (158) du premier demi-arbre du joint de cardan. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une boîte de vitesses (131) est interposée entre le pédalier et les deux plateaux. 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que la boîte de vitesses comprend un arbre secondaire (135) entraîné par l'arbre primaire du pédalier, un arbre tertiaire (141) relié à l'arbre secondaire par un organe de transmission (139) et un arbre quaternaire (143), supportant les deux plateaux (132), entraîné par l'arbre tertiaire. 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que les arbres secondaire (135) et tertiaire (141) comprennent plusieurs pignons de façon à faire varier le rapport de transmission. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pignon récepteur (34, 134, 47, 148) de l'une des roues au moins est muni d'une roue libre. 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que les différents pignons sont dans un rapport tel que la vitesse de rotation du pignon récepteur (40, 134) de la roue arrière est très légèrement supérieure a celle du pignon récepteur (148, 166) de la roue avant de façon que cette roue avant soit. motrice lorsque la roue arrière patine. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comprend un crabot débrayable interposé entre le pignon récepteur de la roue avant et ladite roue avant. 12. Bicyclette munie du dispositif de propulsion selon l'une quelconque des revendications 1 à Il. 13. Bicyclette selon la revendication 12 caractérisée en ce que l'ensemble des organes de transmission est disposé dans un carter (117). 14. Bicyclette selon la revendication 13 caractérisée en ce que le carter (117) assure la fonction de cadre et supporte directement tous les accessoires, notamment la fourche (116) de la roue avant, la direction (122), la selle (128), la roue arrière (112) et le dispositif de propulsion (110).