Brevet FR2748446A1 — publié le 19971114

La présente invention est relative au domaine des cycles et concerne un cadre de bicyclette ainsi qu'un système de suspension. Les cadres de bicyclettes ont subit de grande évolution afin de s'adapter à la pratique nouvelle du Vélo Tout Terrain. Les constructeurs ont cherché à améliorer les performances et le confort des cadres de bicyclette en développant différents systèmes de suspension avants (fourches) et arrières (amortisseurs). Quels que soient les différents modes de réalisation l'évolution a souvent été guidée par les possibilités techniques et constructives liées à l'utilisation des différents matériaux. Le cadre de cycle peut être considéré comme comportant, immuablement une membrure supérieure à orientation sensiblement horizontale, une membrure inférieure ou basse s'étendant de manière inclinée vers le bas à partir de la membrure haute, et une membrure arrière dite de selle s'étendant a partir de l'extrémité basse de la membrure inclinée à la membrure haute. Il existe de nombreux systèmes de suspension arrière pour Vélo Tout Terrain, la plupart d'entre eux sont greffées sur un cadre de type triangulaire. Dans chaques cas, les systèmes d'articulation permettant l'oscillation du triangle arrière crée divers problèmes d'ordre mécanique: - Les contraintes appliquées sur le triangle avant du cadre, ne se trouvent plus dans l'alignement des tubes et créent un effet de flambage. Ce phénomène implique l'ajout de plusieurs renforts qui alourdissent la structure initiale du cadre. - I1 est très difficile en utilisant de tels systèmes de respecter les angles de fonctionnements optimaux pour l'amortisseur. - Il est très difficile quelque soit le système utilisé, d'obtenir une rigidité convenable de la partie arrière. - Bon nombre de système, de part la position du point de pivot du bras oscillant créent un effet de pompage de l'amortisseur lors du pédalage. Cet effet est engendré par la traction de la chaîne sur la roue arrière et nuit de manière considérable au rendement du vélo. - Les cadres de type triangulaires sont adaptés pour leur construction à l'utilisation des matériaux isotropes tels que l'acier et l'aluminium, mais inadaptés à l'utilisation des matériaux composites dont les caractéristiques mécaniques (module spécifique, contrainte spécifique) permettent d'accroître la résistance, la rigidité et surtout la tenue en fatigue tout en diminuant le poids du cadre. - Les systèmes actuels ne permettent pas de faire vaner l'assiette longitudinale du vélo, c'est à dire de faire varier l'angle de chasse et la hauteur de la boîte de pédalier, de manière simple (c'est à dire sans changer ni démonter de pièces sur le vélo). Un tel système est particulièrement Intéressant pour les vélos munis de suspension avant et arrière. Les deux suspensions fonctionnant indépendamment, il en résulte une variation de l'assiette longitudinale et une vanation de la géométrie statique du vélo (longueur totale, angle de chasse, hauteur de la boite de pédalier). I1 est donc intéressant de pouvoir modifier de manière simple les aspects précités de la géométrie du vélo, sans toutefois modifier le débattement des suspensions et afin que ceux-ci s'adaptent aux exigences de l'utilisateur. L'objectif de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités en proposant un nouveau système de cadre avec suspension arrière. Selon l'invention, le cadre répond aux problèmes mécaniques précités et améliore l'ergonomie notamment par la forme courbée de la membrure supérieure qui se trouve rabaissée par rapport à un cadre de type conventlonnel et facilite ainsi l'enfourchement du vélo tout en réduisant les risques de blessures à l'entre jambe fréquents lors de la pratique du VTT. Pour atteindre les objectifs ci-dessus, le cadre de cycle selon l'invention est caracténsé en ce que: - Les membrures supéneures et inférieures du cadre se rejoignent sur la partie avant du cadre en formant un bras monopoutre de section globalement ovale jusqu'à la partie frontale où est inséré le pivot de direction. - La membrure arrière communément appelée membrure de selle rejoint sur sa partie haute la membrure supérieure avec insertion du logement du tube de selle, et rejoint la membrure inférieure sur sa partie basse avec insertion des logements des pivots de pédalier et de bras oscillant. - Les membrures supérieures inférieures et arrières, profilées en continu, délimitent une zone creuse à l'intérieur du cadre permettant l'insertion du système de suspension (amortisseur et biellettes). - Le bras oscillant, bras fixé sur les deux extrémités de l'axe de roue arrière permet une rotation de la partie arrière (bras et roue) par rapport au cadre grâce à une fixation au-dessus de la boîte de pédalier de sa partie avant sur celui-ci au moyen d'une liaison pivot. - Le système de suspension inséré à l'intérieur du cadre utilise un système de renvoie de biellettes et permet l'amortissement de la rotation du bras oscillant avec une répartition longitudinale suivant l'axe x-x' des efforts transmis et la possibilité de modifier les caractéristiques statiques précités. Diverses autres caractéristiques ainsi qu'une meilleure compréhension du fonctionnement mécanique ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent à type d'exemple non limitatif des formes de réalisation de l'objet de l'invention. - La figure 1 est une vue générale du vélo. - La figure 2 est une vue latérale schématique de l'ensemble cadre plus bras oscillant ainsi que du système de suspension - La figure 3 est une vue latérale du même cadre dans sa globalité avec mise en évidence des formes et la représentation des sollicitations appliquées lors de l'utilisation - Les figures 4a et 4b représentent une vue des deux biellettes du système d'amortissement - Les figures 5a, 5b et 5c représentent respectivement des vues de profil latérale et de dessus du bras oscillant - La figure 6a représente une vue en coupe de dessus du cadre mettant en évidence le passage de la biellette réglable au sein de l'orifice mis en evidence dans la figure bob - La figure 7 est une vue en coupe de dessus du cadre mettant en évidence le passage des biellettes La figure 1 montre le cadre de l'invention repéré d'une manière générale par la référence 1, le bras oscillant arrière référencé 2 et le système de suspension composé de l'amortisseur 12 et des deux biellettes 10 et Il. Le cadre 1 de conception monocoque peut etre réalisé selon différents modes de construction, dépendants de l'utilisation de matériaux de types anisotropes (composites) ou isotropes (aluminium par exemple). L'invention trouve une application préférée mais non limitative à une fabrication en matériaux composites. Par matériaux composites nous retiendrons la mise en oeuvre d'une âme structurelle en matériaux alvéolaires qui pourra être recouverte par des tissus à base de fibres de verre, de carbone ou d'aramides, imprégnés ou pré-imprégnés de résine thermodurcissable. Le cadre l ainsi que le bras oscillant 2 sont globalement de type monocoque, et peuvent ainsi etre obtenus soit par recouvrement de tissus autour d'un matériau alvéolaire (stratification), soit par l'assemblage de deux demi-coques comportant les différents tissus de renfort, qui sont liées par un moyen de collage, avec la possibilité d'injection d'une mousse alvéolaire entre celles-ci. La forme du cadre l décrite précédemment associé au système d'oscillation du bras arrière 2 permet l'insertion d'un système de suspension dans la zone creuse 9 du cadre 1. Ce système est constitué d'un mécanisme de biellettes 10, 11, qui transmettent les efforts du bras oscillant 2 à l'amortisseur 12. Le système de biellettes comprend une biellette double 10 et une simple 11. La modification du point de fixation de l'amortisseur 12 dans les différents orifices 44, 45, 46 prévus à cet effet sur la biellette 10 permet de modifier le débattement de la roue arrière sans changer l'amortisseur. La biellette 11, de longueur réglable, permet de modifier les caracténstiques statiques du vélo. Le positionnement du système de suspension dans la zone creuse 9 du cadre permet d'optimiser la répartition des contraintes mécaniques engendrées lors de l'utilisation du vélo. La disposition du système de suspension et les formes du cadre sont établies afin d'optimiser la répartition des masses au centre du vélo. Cette proposition selon l'invention permet l'abaissement du centre de gravité et favorise l'équilibre longitudinal du vélo. Le cadre l est selon l'invention formé d'une membrure supérieure 3, de forme courbe dont la convexité est tournée vers le bas et d'une seconde membrure 4, dite inférieure, également courbe dans le plan du cadre et dont la convexité est tournée vers le haut. Les membrures 3 et 4 se rejoignent sur la partie 6 du cadre au sein d'une partie commune pouvant être décrite comme un bras monopoutre de section globalement ovale. Les membrures 3 et 4 divergent sur la partie arrière du cadre créant un espace vide 9 propice à l'insertion de l'amortisseur 12 et des biellettes il et 10. La membrure arrière 5 est rejointe sur sa partie supérieure par la partie arrière de la membrure 3 formant une partie commune 14 jusqu'à l'embase de fixation du tube de selle 8; cette zone de part sa forme permet un large dimensionnement afin de résister aux efforts mécaniques transmis par le tube de selle 8. Cette même membrure 5 est rejointe sur sa partie basse à la partie arrière de la membrure 4 au niveau de la zone 15. La membrure 5 est percée sur sa face arrière selon l'axe x-x' du cadre d'un orifice 16 qui permet le passage de la biellette 11. Les logements des pivots de pédalier 18 et de pivot de bras oscillant 17 sont insérés transversalement dans la partie inférieure 15 du cadre. Selon l'invention et pour répondre aux problèmes de pompage issus de la tension de la chaîne, le pivot 17 doit être placé dans la partie basse 15 du cadre I, au-dessus du pivot 18 et au plus prés de la partie supérieure de la couronne de pédalier 19. La zone 15 reliant les membrures 4 et 5, soumise à des fortes contraintes mécaniques, est caractérisé selon l'invention par des formes permettant un large dimensionnement afin de résister aux efforts de traction et de torsion issus du pédalage et de la transmission des efforts entre le cadre 1 et le bras oscillant 2. Les membrures 3, 4 et 5 sont toutes continûment profilées, de section constante globalement ovale afin d'améliorer la répartition des efforts mécaniques cités ci-dessous, ainsi que la légèreté et l'ergonomie. Le contour de l'espace 9 créé entre les parties internes des membrures 3, 4, 5 est de forme sensiblement triangulaire aux cotés légèrement courbés vers l'intérieur du cadre et aux sommets arrondis ou biaisé afin de mieux répartir les efforts appliqués et de diminuer les risques de concentration de contraintes pouvant entraîner la rupture du cadre 1. La forme de la poutre avant 6 du cadre I permet avec l'insertion du pivot de direction 7 de limiter les problèmes de rupture ou d'arrachement du pivot 7, grâce à une transmission des efforts de compression et de traction répartie longitudinalement dans la poutre 6. Le bras oscillant 2 est lui meme composé de deux bras 20 et 21, qui divergent sur leur partie arrière. Les parties terminales de ces bras sont mises à profit pour porter les pattes de fixation 22 et 23 réservées au montage de l'axe de la roue 24. Les bras 20 et 21 sont reliés par un caisson référencé 26, inséré au sein de la coque qui est dimensionnée afin de ne pas gêner le passage de la roue arrière 13 et de sorte que la face avant de ce meme caisson ne rentre pas en contact avec la membrure 5 du cadre 1. Cette même membrure 5 a une forme courbée dont la convexité est toumée vers l'avant du cadre, pour permet une amplitude de rotation maximale du bras 2. Les membrures inférieures des bras 20 et 21 sont courbées avec une convexité dirigée vers le haut afin de libérer l'emplacement nécessaires au fonctionnement du dérailleur avant 28. Les extrémités avant 40 et 41 du bras oscillant 2 sont pourvus de deux onfices circulaires transversaux 27a et 27b permettant la fixation du bras 2 par deux vis ou par un axe transversal au niveau de l'insert 17, à une hauteur autorisant le passage du dérailleur avant 28. Le bras oscillant 2 se fixe de part et d'autre du cadre dans le pivot 17 intimement insère dans le cadre 1, ce qui garantie une rigidité en torsion importante de la liaison pivot. Ces considérations doivent être appliquées sans toutefois générer des formes susceptibles de fragiliser le bras 2. Un insert de fixation 25 de la biellette il est fixé sur la partie supérieure du caisson de liaison 26. Cet insert 25 peut être simple avec une prise externe de la biellette, ou double avec une prise interne. Selon l'invention, I'amortisseur 12 est inséré dans la zone 9 du cadre l, , cette disposition permet une transmission des efforts transmis au cadre 1 par l'amortisseur selon l'axe longitudinal x-x' du cadre 1, réduisant les risques de flambage de la zone 6, tout en améliorant la répartition des masses. Le système de suspension est constitué des biellettes 10 et il et de l'amortisseur 12. L'élévation de l'extrémité arrière du bras oscillant 2, issue des mouvements de la roue 13, provoque la translation de la biellette 1 1 à travers l'orifice 16 de la membrure 5 selon l'axe x-x', et donc la rotation de la biellette 10 autour du pivot 29 avec compression de l'amortisseur 12. Celui-ci, pivotant librement à ses deux extrémités, fonctionne globalement selon l'axe x-x' La biellette 11, globalement parallèle à l'axe longitudinal x-x' est fixé transversalement au support 25 et à la partie supérieure de la biellette 10 au moyen de liaisons pivots. La biellette 10 sensiblement penchée vers l'arrière pivote librement par son extrémité inférieure autour de l'embase 29. L'amortisseur 12 est fixé sur sa partie arrière par un des orifices 44 ou 45 ou 46 de la biellette 10, et au cadre sur sa partie avant par l'insert référencé 32. Toutes les articulations entre les biellettes, supports de biellette et amortisseur peuvent être indifféremment réalisées par la prise externe ou interne de l'un ou l'autre des éléments précités. Selon l'invention, la variation de la longueur de la biellette réglable 11 permet de faire varier l'assiette longitudinale du vélo qui entraîne la modification de la hauteur du pivot de pédalier par rapport au sol, et de l'angle de chasse c. Ce système permet donc d'adapter le vélo aux différents types de terrains selon les préférences de l'utilisateur. La biellette 11 réglable est composée de deux extrémités rigides 33 et 34 dans lesquelles vient se visser une tige intermédiaire 35 équipée d'un élément centrale 36 permettant la mise en rotation manuelle ou à l'aide d'un outil de cette pièce, et qui comporte d'un coté un filetage à gauche et de l'autre un filetage à droite. Deux contre écrous 37 et 38 assurent le blocage de la biellette 11 à la longueur désirée. Une variante pour cette biellette 10 est de la réaliser de manière à ce qu'elle emprisonne la membrure 5 par l'extérieur au lieu de la traverser par l'orifice 16 élaboré expressément pour venir se fixer sur la partie haute de la biellette 10. Une seconde variante réside en l'utilisation d'une biellette Il fixe dont la longueur est pré déterminée en fonction des préférences de l'utilisateur. Différents dispositifs de montage peuvent être combinés à partir des biellettes 10 et 11, mais ceux-ci ne sortent pas bien entendu du cadre de l'invention. La présente invention ne se limite pas aux exemples et dessins décrits. Les différentes formes et partie des dispositifs de montage décris peuvent être modifiés ou combinés différemment sans sortir du cadre de son invention. REVENDICATIONS Cadre de cycle de type monocoque avec bras oscillant caracterisé en ce qu il comporte une membrure supeneure 3 et une membrure inférieure 4 reliees sur la partie avant 6 sous forme dun bras monopoutre comportant a son extrémité avant l'insertion du pivot de direction 7, et rejoignant en divergeant vers l'arrière, une membre arrière 5 dite de selle délimitant ainsi un espace vide 9 au mllieu du cadre 1. permettant d insérer l amortisseur 12 et les biellettes de suspension 10 et Il. les fonnes du cadre étant définies de manière à optimiser la resistance aux efforts mécaniques appliques tout en ameliorant l'ergonomie notamment de la membrure 3 du cadre I 2) Cadre de cycle selon la revendication 1, caracterise en ce qu il comporte une membrure supérieure 3 de forme courbe dont la convexite est tournée vers le bas et d'une seconde membrure A, dite inférieure, également courbe selon le plan du cadre avec une convexité dirigée vers le haut. de telle sorte que ces membrures 3 et 4 se rejoignent sur l avant du cadre formant une partie commune 6: les membrures 3 et 4 divergant vers l'arrière en se combinant aux extrernites respectlvement superieures et inférieures de la membrure arrière 5 au sein de deux zones 14 et 15 3) Cadre de cycle selon les revendications I et 2 caracterisé en ce que la membrure 5 est courbée vers l'avant du cadre 1 et percee longitudinalement d'un orifice 16 permettant le passage de la biellette il A) Cadre de cycle selon l'une des revendications précédentes caractense en ce que le pivot de bras oscillant 17 est placé dans la partie basse 15 du cadre 1, au dessus du pivot 18 et au plus près de la partie supeneure de la couronne de pédalier 19. 7 Cadre de cycle selon l'une des revendications precedentes caractensé en ce que le contour de l'espace 9 créé entre les parties internes des membrures 3,4 .5 est de forme sensiblement tnangulalre aux cotés légereinent courbés vers l'intérieur du cadre et au sommets arrondis ou biaisés. 6) Cadre de cycle selon l'une des revendications precedentes caractensé en ce que le bras oscillant 2 est lui même compose de deux bras 20 et 21 divergeant sur leur parties arrières, et reliés par un caisson 26. dimenslonne afin de ne pas gêner le passage de la roue arriére 13 et de sorte que la face avant dudit caisson 26 ne rentre pas en contact avec la membrure S du cadre 1; les membrures inférieures desdits bras 20 et 2 1 étant de forme courbée sur leur partie avant avec une convexite dirigée sers le haut affin de liberer l'emplacement nécessaire au fonctionnement du dérailleur 28 7) Cadre de cycle selon l'une des revendications 1 a 6 caracterisé en ce qu'il est réalisé en matinaux composites 8) Cadre de cycle selon l'une des revendications I à 6 caracterisé en ce qu'il est réalisé en métal 9) Cadre de cycle selon l'une des resendicatlons precédentes caractensé en ce que le système de suspension est constitue des biellettes 10 et Il et de l'amortisseur 12 inséré sur la partie avant de la zone 9 du cadre 1 et sur la biellette 10 dans l'un des trois orifices 44 ou AS ou 46 prévus à cet effet la biellette 10 étant liée par son extrémité inférieure dans la partie basse de la zone 9 du cadre 1, et d'autre part à la biellette Il par son extremité supérieure, la biellette 11 etant également reliée au bras oscillant 2 par des liaisons de type pivot. 10) Cadre de cycle selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la biellette réglable 11 est composée de deux extrémités rigides 33 et 34 vissées de part et d'autre d'une tige intermédiaire 35 comportant d'un cote un filetage a gauche et de l'autre un filetage à droite ainsi qu'un élément centrale 36 permettant la mise en rotation manuelle ou à l'aide d'un outils de cette pièce, et de deux contre-écrous 37 et 38 permettant le blocage de cette biellette Il à la longueur désirée. Il) Cadre de cycle selon l'une des revendications précédentes caractérise en ce que la biellette 11 empnsonne la membrure 5 par l'exterieur au lieu de la traverser par l'orifice 16 pour venir se fixer sur la partie haute de la biellette 10.