Brevet FR2830831A1 — publié le 20030418

Le secteur technique de la présente invention est celui des systèmes équipés de pédales en particulier des bicyclettes équipées de pédales pour actionner la roue en particulier la roue arrière. Il est bien connu d'entraîner la roue arrière d'une bicyclette à l'aide d'une chaîne engrenant sur le pignon de la roue arrière et sur le pignon du plateau actionné en rotation par des pédales. Cet entraînement nécessite une énergie d'entraînement conséquente qui n'est pas toujours souhaitable pour les usagés. On a déjà proposé divers systèmes permettant de réduire l'effort appliqué sur les pédales par un individu. Ainsi, le brevet FR-A-2793762 propose un bras de pédalier à économie d'énergie. Ce bras comporte trois éléments non alignés permettant d'améliorer le rendement du pédalage rotatif et autorisant une vitesse plus importante pour une même force de pédalage. Le demandeur a réétudié ce problème et est arrivé à la conclusion qu'il fallait modifier complètement le système de pédalage. Il a constaté que le diagramme du travail fourni lors d'un pédalage rotatif comportait une partie perdue. Ce travail perdu correspond à environ 35% de l'énergie fournie par le cycliste. C'est cette constatation qui a conduit le demandeur à concevoir une nouvelle forme de pédalage. Le but de la présente invention est de fournir une bicyclette permettant de réduire sensiblement de moitié l'effort fourni par le cycliste et donc de doubler sa vitesse pour une même énergie fournie. Un autre but de la présente invention est d'éliminer tout mouvement de rotation des pédales. L'invention a donc pour objet une bicyclette équipée d'un système d'entraînement à pédales, caractérisée en ce qu'elle comporte deux pédales mobiles en translation pour assurer la rotation d'une roue, chaque pédale étant reliée à une chaîne d'entraînement de la roue selon un cycle fermé. Selon une caractéristique de l'invention, chaque pédale est reliée à une chaîne engrenant sur un pignon de la roue, les autres extrémités des deux chaînes étant reliées entre elles par un moyen de renvoi. Selon une autre caractéristique de l'invention, le moyen de renvoi est constitué par une poulie. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la poulie est disposée au voisinage des pédales. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque pédale est montée sur un coulisseau et est mobile en translation par rapport à ce coulisseau. Avantageusement, le coulisseau se présente sous la forme d'une pièce allongée munie d'une rainure interne coopérant avec un manchon de forme complémentaire solidaire de la pédale. Avantageusement encore, la rainure présente en section une forme rectangulaire. Avantageusement encore, la bicyclette comporte une poulie de renvoi disposée entre chaque chaîne et chaque pédale. Avantageusement encore, les pignons de la roue entraînée sont disposés de part et d'autre du moyeu de la roue entraînée. La bicyclette peut comporter un échangeur de vitesse. Avantageusement encore, la bicyclette comprend un moyen de liaison entre les deux pédales pour fixer leur position respective et assurer une rigidité entre celles-ci. Un tout premier avantage de la bicyclette selon l'invention réside dans le fait qu'on élimine totalement la force axiale du mouvement de rotation. Un autre avantage réside dans le doublement de la vitesse pour une même force d'application sur les pédales. Un autre avantage réside dans la réduction de moitié de la fatigue du cycliste pour un même parcours par rapport à un entraînement en rotation des pédales. Un autre avantage encore réside dans la rapidité d'atteinte d'une vitesse élevée. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels : - la figure 1 illustre une vue d'une bicyclette selon l'invention, - la figure 2 est une représentation schématique du système d'entraînement selon l'invention, - la figure 3 illustre le problème mathématique posé par l'entraînement rotatif des roues, et - la figure 4 illustre le principe de fonctionnement du système d'entraînement selon l'invention. Sur la figure 1 qui représente une vue générale d'une bicyclette 1 selon l'invention, on voit que cette bicyclette comporte un cadre 2 sur lequel sont montées une roue avant 3 et une roue arrière 4. Sur la figure, c'est la roue arrière 4 qui est entraînée en rotation sans que cela soit une obligation. La roue arrière 4 est munie d'un pignon 5 sur lequel engrène une chaîne 6 entraînée par des pédales 7, dont une seule est visible sur cette figure, comme il va être expliqué ci-après. Bien entendu, la roue 6 est rendue solidaire de manière classique du cadre par un moyeu fixé de part et d'autre par un écrou. Chaque pédale 7 est montée coulissante par rapport à un coulisseau 8 solidaire du cadre 2. On voit encore que le brin inférieur de la chaîne 6 est sensiblement horizontal et le brin supérieur sensiblement incliné. Cette disposition arbitraire peut être réalisée de toute autre manière sans que le système selon l'invention soit modifié dans sa structure et sa fonction. La figure 2 représente une vue détaillée du système d'entraînement de la roue de la bicyclette selon l'invention. Pour des raisons de commodité, les éléments côté droit de la roue seront affectés d'une référence (a) et les éléments côté gauche d'une référence (b). Le moyeu 9 de la roue est muni de part et d'autre d'un pignon. La chaîne 6a est enroulée sur le pignon 5a suivant une boucle en forme de U. Une extrémité de cette chaîne, en fait l'extrémité supérieure, est reliée à la pédale 7a par un câble 11a appliqué sur une poulie de renvoi 12a. Bien entendu, le câble 11 peut être remplacé par tout autre moyen équivalent. L'autre extrémité de la chaîne 6a, l'extrémité inférieure, est reliée à une branche 10a d'un câble s'enroulant autour d'une poulie 14. La poulie 14 est elle-même solidaire d'une attache 15 de forme appropriée, par exemple en forme de U, fixée au cadre 2 de la bicyclette. La pédale 7a est montée coulissante par rapport à un coulisseau 13a pour permettre un mouvement de translation de la pédale 7a sensiblement de haut en bas et inversement. Ce coulisseau 13a se présente sous la forme d'une pièce allongée fixée sur le cadre 2 de la bicyclette. L'orientation de ce coulisseau par rapport au cadre est fixée de manière quelconque, mais on préfère adopter une position inclinée du coulisseau vers la roue arrière comme cela est visible sur la figure 1. Il suffit bien entendu que la position du coulisseau soit convenablement prévue pour assurer un appui confortable du cycliste sur les pédales. On retrouve de la même manière le pignon 5b, la chaîne 6b, la pédale 7b, le câble 11b, la poulie de renvoi 12b, la branche lOb du câble s'enroulant autour de la poulie 14, le coulisseau 13b pour permettre un mouvement de translation de la pédale 7b. On comprend que les branches 10a et lOb du câble 10 formant une ligne continue permettent de relier les chaînes 6a et 6b aux pédales 7a et 7b suivant un cycle fermé. Il va de soi que tout élément de coordination entre les pédales et les chaînes autre qu'un câble peut être utilisé. La rainure du coulisseau 13 peut être réalisée de différentes manières pourvu qu'elle assure un maintien convenable de la pédale. Sur la figure 2, on voit en pointillé la position haute de la pédale 7b où l'axe de la pédale 7b est prolongé par un manchon 16, de forme parallélépipédique, engagé dans la rainure. Cette rainure présente donc en section une forme complémentaire rectangulaire. Bien entendu, le manchon peut avoir une forme quelconque pour coopérer avec une forme complémentaire de la rainure de manière à assurer un coulissement suivant un frottement faible lors de son mouvement transitoire par rapport au coulisseau. Il va de soi que la forme adoptée doit assurer la perpendicularité de la pédale par rapport au coulisseau. On a prévu une poulie de renvoi 12 (a, b) du câble 11 (a, b). Il va sans dire qu'on pourrait prévoir un renvoi à plusieurs poulies pour des questions de réalisation technique, d'esthétique, etc... Le fonctionnement est le suivant. Lorsque le cycliste appuie sur la pédale 7a, le câble 11a attire la chaîne 6a en entraînant en rotation le pignon 5a de roue dans le sens positif (transmission du couple). Simultanément, le câble 10 attaché aux chaînes 6a et 6b par l'intermédiaire de la poulie 14 tire la chaîne 6b et par conséquent le pignon 5b tourne dans le sens négatif sans transmission de couple pour attirer le câble llb pour faire monter la pédale 7b. De cette manière, les deux pédales 7 continuent à fonctionner en position inversée et le cycle se poursuit de manière continue. On notera que les deux chaînes sont attachées à des câbles reliés aux pédales dans un mouvement inversement proportionnel. La longueur du brin libre (non enroulé sur le pignon) de chaque chaîne 6a et 6b doit au minimum correspondre à la course des pédales 7 (a, b) par rapport au coulisseau 13. Le diamètre de la poulie 14 doit être sensiblement égal à la distance axiale entre les pignons 5 de roue. La course de chaque pédale 7 (a, b) par rapport à son coulisseau ne doit pas dépasser environ 35 cm pour des raisons de commodité d'utilisation de la bicyclette. La distance séparant les deux coulisseaux devrait correspondre à la distance séparant les deux pieds du cycliste, soit environ 12 cm. Bien entendu, des guides peuvent être prévus au niveau des chaînes pour éviter les sauts éventuels et la position relative du guidon, de la selle et des pédales doit être optimisée pour un pédalage confortable du cycliste. On pourra avantageusement prévoir une possibilité de pivotement des coulisseaux pour améliorer le confort du cycliste. Du point de vue pratique, on choisira des câbles ayant une grande résistance à la dilation longitudinale tout en procurant une forte capacité de pliage au niveau des poulies. On pourra enfin prévoir un changeur de vitesse en utilisant un pignon double ou triple en remplacement du pignon unique 5a ou 5b représenté sur la figure 2. Sur la figure 3, on a représenté le cercle C de rayon R décrit par la pédale lorsqu'elle est animée d'un mouvement de rotation. En un point M de ce cercle, la force appliquée sur la pédale par le cycliste se décompose en Fa et Ft dans un repère orthonormé. Le travail fourni par Ft peut s'écrire dW=F. R. Cos8. d8 et il correspond au travail utile pour entraîner la bicyclette. Si on reporte la variation du travail dW sur un diagramme, on obtient une courbe de Gauss dont la partie centrale correspond au travail utile et dont les parties latérales représentent le travail perdu dû à l'effet de la force axiale Fa. Le calcul montre que la partie centrale correspondant au travail utile représente environ 65% du travail global et que le travail perdu est de l'ordre de 35%. C'est justement cette perte d'énergie que le demandeur se propose de réduire, voir d'éliminer. Si on se reporte maintenant à la figure 4, qui illustre la représentation physique des forces en jeu dans l'invention, la roue 6 appliquée sur la route engendre un couple résistant C2 sous l'effet du couple moteur Cl fourni par le cycliste lorsqu'il appuie sur la pédale avec la force FI. La perte du travail due à l'effet des forces axiales est complètement éliminée en raison de la translation des pédales. On sait que la vitesse et l'accélération du pédalage rotatif sont des fonctions sinusoïdales. Selon l'invention, le pédalage est linéairement aléatoire et donc l'effet mécanique est plus optimal. La puissance développée est donc égale au couple multiplié par la vitesse de rotation et cette relation permet d'affirmer pour un couple important : - le rayon de la roue motrice doit être le plus petit possible, - le rayon du pignon de roue doit être le plus grand possible, - la course des pédales doit être maximale, - la fréquence de pédalage doit être élevée, relativement à la vitesse voulue. Pour avoir une vitesse élevée de la bicyclette, il faut que : - le rayon de la roue motrice doit être le plus grand possible, - le rayon des pignons doit être le plus petit'possible, - la course de la pédale doit être maximale, - la fréquence de pédalage doit être la plus faible possible. Ces considérations permettent à l'homme de l'art de trouver le compromis acceptable pour réaliser la bicyclette selon l'invention et procurer un confort d'utilisation pour le cycliste utilisateur. La figure 5 illustre une variante de réalisation selon laquelle un moyen de liaison est prévu entre les deux pédales pour fixer leur position respective. Il est constitué par un câble 20 reliant entre elles les deux pédales 7a et 7b de manière opposée aux poulies 12a et 12b. Ce câble 20 est enroulé autour d'une poulie 21 fixée sur le coulisseau 13a et une poulie 22 fixée sur le coulisseau 13b. Ce moyen permet d'assurer un système parfaitement fonctionnel pour obtenir une rigidité entre les deux pédales qui occupent chacune une position unique et bien déterminée en chaque point de leur parcours sur le coulisseau 13 (a, b). En appuyant sur une pédale et en tirant sur l'autre pédale, on conserve un système parfaitement tendu, ce qui évite le saut des chaînes 6 (a, b). Sur la figure, on voit que les poulies 21 et 22 sont fixées au point le plus bas des coulisseaux 13. La solution consistant à relier les pédales par un câble tendu et guidé par les deux poulies permet donc d'obtenir un cycle complètement fermé. Il va de soi que le maintien des pédales peut être assuré par tout autre moyen équivalent. En particulier, on pourrait prévoir des ressorts pour relier élastiquement chaque pédale au coulisseau correspondant. REVENDICATIONS 1. Bicyclette (1) équipée d'un système d'entraînement à pédales, caractérisée en ce qu'elle comporte deux pédales (7a, 7b) mobiles en translation pour assurer la rotation d'une roue (6), chaque pédale (7) étant reliée à une chaîne d'entraînement (6a, 6b) de la roue selon un cycle fermé. 2. Bicyclette selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque pédale (7a, 7b) est reliée à une chaîne (6a, 6b) engrenant sur un pignon (5a, 5b) de la roue, les autres extrémités des deux chaînes étant reliées entre elles par un moyen de renvoi (14). 3. Bicyclette selon la revendication 2, caractérisée en ce que le moyen de renvoi est constitué par une poulie (14). 4. Bicyclette selon la revendication 3, caractérisée en ce que la poulie (14) est disposée au voisinage des pédales (7a, 7b). 5. Bicyclette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque pédale (7a, 7b) est montée sur un coulisseau (13a, 13b) et est mobile en translation par rapport à ce coulisseau. 6. Bicyclette selon la revendication 5, caractérisée en ce que le coulisseau (13a, 13b) se présente sous la forme d'une pièce allongée munie d'une rainure interne coopérant avec un manchon (16) de forme complémentaire solidaire de la pédale (7a, 7b). 7. Bicyclette selon la revendication 6, caractérisée en ce que la rainure présente en section une forme rectangulaire. 8. Bicyclette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une poulie de renvoi (12a, 12b) disposée entre chaque chaîne (6a, 6b) et chaque pédale (7a, 7b). 9. Bicyclette selon la revendication 8, caractérisée en ce que les pignons (5a, 5b) de la roue entraînée (6) sont disposés de part et d'autre du moyeu (9) de la roue entraînée. 10. Bicyclette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un échangeur de vitesse. 11. Bicyclette selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle comprend un moyen de liaison (20) entre les deux pédales pour fixer leur position respective et assurer une rigidité entre celles-ci.