Brevet FR2851983A1 — publié le 20040910

i CADRE DE VELO A POUTRE FLEXIBLE L'invention se rapporte au domaine des cadres de vélo. Selon la construction la plus classique, un vélo est constitué d'un cadre rigide reliant un boîtier de direction (sur lequel s'articule une fourche portant une roue avant directrice), un boîtier de pédalier, un support de selle, un axe d'ancrage pour la roue arrière motrice. Le cadre rigide est généralement réalisé en métal, par exemple en acier ou en alliage d'aluminium. Pour augmenter le confort et/ou la tenue de trajectoire, il est connu de prévoir des systèmes 10 de suspension des roues. Ces suspensions, interposées entre une roue et le cadre rigide, sont généralement conçues de manière à encaisser une composante majoritairement verticale des chocs dus aux passages des roues sur les irrégularités ou obstacles. Il est également connu d'interposer, entre la selle et le cadre, un support de selle formant une suspension verticale, par exemple sous la forme d'une tige de selle télescopique. Dans tous les cas, il est délicat de choisir la bonne fermeté pour les éléments élastiques associés à ce genre de suspension. En effet, en utilisant des ressorts et des amortisseurs trop souples, on voit très rapidement apparaître des phénomènes de pompage lorsque le cycliste est en plein effort de pédalage, ce qui est très pénalisant en termes de rendement du vélo, et ce qui accroît donc la fatigue du cycliste. Pour supprimer ce phénomène de pompage, on est donc 2 0 conduit à augmenter fortement la raideur des suspensions, à tel point qu'elles n'absorbent plus que très partiellement les chocs dus au roulage. Si de telles suspensions raffermies restent intéressantes pour amortir les gros chocs rencontrés lors de la pratique du vélo tous-terrains (VTT), elles n'apportent rien lors des petits chocs provoqués par les irrégularités de bitume ou rencontrés lors de la progression sur chemin de terre caillouteux. 2 5 Le document BE-439599 décrit et représente un cadre de vélo dans lequel la partie du cadre qui supporte la selle s'étend depuis le pédalier sans être reliée à aucun autre élément rigide. Dans ce vélo, on remarque que la partie de cadre qui relie le boîtier de direction au pédalier et la partie de cadre qui supporte la selle sont constituées par la même pièce, en l'occurrence deux tubes parallèles. L'homme du métier en déduit donc que ces deux parties du cadre 3 0 présentent la même rigidité intrinsèque. Or, on sait que la partie du cadre qui relie le boîtier de direction au pédalier doit être rigide, ne serait-ce que pour supporter le poids du cycliste sans fléchir. Si cette partie de cadre n'est pas assez rigide, le boîtier de direction ne sera pas assez bien guidé, donc la direction ne sera pas assez précise. Dans le document US-5.833.255, il est décrit un système de suspension de selle qui 3 5 comporte une structure à parallélogramme déformable qui remplace la tige de selle habituelle. Ce système présente toutefois l'inconvénient d'un encombrement important en hauteur, ce qui diminue très fortement toute possibilité de réglage de la hauteur de selle par rapport au cadre. De plus, la géométrie de cette structure est telle qu'il est difficile d'y intégrer un système de rappel élastique qui soit suffisamment progressif sur toute la course de la selle. Enfin, le système de rappel élastique décrit dans ce document engendre de très forte contraintes dans le parallélogramme, au point de pouvoir provoquer la rupture du dispositif et il limite très fortement la course de la selle. L'invention a donc pour but de proposer une nouvelle conception d'un vélo, plus 5 particulièrement de son cadre, dans lequel des moyens de suspension permettent d'isoler en grande partie le cycliste des petits chocs. Dans ce but, l'invention propose un cadre de vélo, du type comportant: un boîtier de direction; - un boîtier de pédalier; - un support de selle; - un axe d'ancrage pour une roue arrière; - un cadre rigide; caractérisé en ce que le cadre rigide relie au moins le boîtier de direction au boîtier de pédalier, en ce que le support de selle comporte une poutre fléchissante reliée au cadre rigide, 15 et en ce que la trajectoire de la selle par rapport au cadre, due à la flexion de la poutre, est majoritairement horizontale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, ainsi qu'au vu des dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique de côté d'un vélo muni d'un cadre conforme 20 aux enseignements de l'invention; - la figure 2 est une vue partielle en perspective du cadre du vélo de la figure 1 - la figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1 illustrant une variante de l'invention dans laquelle le cadre intègre de plus un système de suspension de la roue arrière; 2 5 - la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 1 illustrant une variante de l'invention dans laquelle le cadre intègre un système d'amortissement des déplacements de la selle. On a illustré sur les figures 1 et 2 un vélo 10 muni d'un cadre 12 conforme à l'invention. Le vélo 10 possède un cadre rigide 12 auquel sont fixés une roue avant directrice 14 et une 30 roue arrière motrice 16. La roue avant 14 est plus particulièrement montée sur une fourche avant 18, qui peut être munie ou non d'un système de suspension, et qui est montée à rotation dans un boîtier de direction 20 du cadre 12. Au-dessus du boîtier de direction 20, un guidon 22 est lié à la fourche 18 pour permettre à l'utilisateur de commander la rotation de la roue avant 14, donc de diriger le vélo. 3 5 Le vélo comporte aussi un pédalier 24 qui est monté à rotation dans un boîtier de pédalier 26 du cadre 12 pour commander l'entraînement de la roue motrice 16. Selon l'invention, le cadre comporte au moins une portion rigide reliant le boîtier de direction au boîtier de pédalier. Par rigide, il faut ici comprendre que cette partie de cadre ne doit pas se déformer de manière notable lors de l'utilisation du vélo. Il va de soi que la rigidité absolue n'existe pas et que celle-ci est ici définie en fonction de ce qui peut être ressenti et vu par l'utilisateur. Dans le premier exemple de réalisation illustré aux figures 1 et 2, le cadre rigide est réalisé sous la forme d'un treillis de tubes. Ces tubes peuvent par exemple être réalisés en métal, ou 5 en matériaux composites à hautes performances, par exemple en fibres de carbones noyées dans une résine thermodurcissable. De plus, dans ce premier exemple, le cadre rigide s'étend jusqu'à un axe d'ancrage de la roue arrière. Dans ce premier exemple, le cadre rigide 12 comporte donc une poutre principale 28 qui relie directement le boîtier de direction 20 au boîtier de pédalier 26, et deux poutres arrières 10 30 qui s'étendent dans un même plan depuis le boîtier de pédalier 26 et dont les extrémités arrières 32 forment l'axe d'ancrage de la roue arrière 16. Le cadre rigide comporte aussi deux poutres diagonales rectilignes 34 qui relient directement le boîtier de direction 20 à chacune des deux extrémités arrières 32 formant l'axe d'ancrage de la roue arrière. Les deux poutres diagonales 34 présentent donc un écartement transversal, du à l'écartement transversal des 15 deux extrémités arrières 32 sur lesquelles sont fixées la roue arrière 16. L'écartement des poutres diagonales 34 et la liaison directe entre le boîtier de direction 20 et l'axe d'ancrage 32 de la roue arrière 16 assure à ce cadre une très bonne rigidité en torsion. Le cadre rigide présente par ailleurs une poutre centrale 36 dont une extrémité est fixée sur le boîtier de pédalier 26 et dont l'autre extrémité est reliée aux deux poutres diagonales 34. La 20 poutre centrale 36 est sensiblement perpendiculaire aux poutres diagonales 34. Le cadre ainsi formé par les poutres est parfaitement rigide. Il est rigide d'une part par la rigidité intrinsèque des poutres qui le constituent. Cette rigidité est aussi due au caractère géométrique de l'assemblage des poutres, cette géométrie étant une géométrie fermée. Bien entendu, les différentes liaisons entre les poutres du cadre rigide sont des liaisons rigides 25 assimilables à des encastrements. Dans le cas de poutres faites de tubes métalliques, ces liaisons sont par exemples réalisées sous la forme de soudures. Le cadre rigide qui vient d'être décrit pourrait prendre d'autres formes. Il pourrait aussi être réalisé de manière totalement différente, par exemple sous la forme d'une structure monopièce en matériau composite. Bien entendu, le cadre de vélo selon l'invention comporte une selle 38 montée sur un support de selle. Selon l'invention, le support de selle comporte une poutre fléchissante 40 reliée au cadre rigide. Cette poutre est liée par son extrémité inférieure à la poutre principale 28, en un point de celle-ci qui est avancé par rapport au boîtier de pédalier 26. Elle s'allonge selon une 35 direction générale qui est inclinée vers le haut et vers l'arrière, et elle porte à son extrémité supérieure, la selle 38 montée à l'extrémité d'un tube de selle 42. Ainsi montée, la selle 38 est agencée dans une position classique par rapport au boîtier de pédalier et au guidon 22. Selon l'invention, la poutre 40 est suffisamment flexible pour fléchir en usage et pour que cette flexion se traduise en un déplacement de la selle 38 qui présente une composante majoritairement horizontale, dans un plan vertical et longitudinal. Ce fléchissement, et le déplacement correspondant, pourront apparaître sous le simple poids de l'utilisateur. Toutefois, la géométrie de la poutre 40 et son orientation pourront faire que le simple poids de l'utilisateur, à l'arrêt, ne provoque aucun déplacement. Cela serait par exemple le cas si la 5 poutre fléchissante était orientée selon une direction sensiblement verticale, car l'action du poids sur la poutre serait une action de compression qui n'entraînerait quasiment aucune déformation. Au contraire, en utilisation, l'ensemble formé par le cycliste et son vélo sera soumis à un accélération ou micro-accélérations présentant une composante horizontale. Ces accélérations, appliquées à la masse du cycliste, se traduiront par des efforts qui vont 10 provoquer une flexion de la poutre 40 selon une direction sensiblement perpendiculaire à son allongement. La poutre fléchissante 40 est construite de manière à ce que, sous les efforts normaux d'utilisation du vélo, la selle se déplace sur une distance d'au moins un centimètre par rapport au cadre rigide 12, et si possible sur une distance de l'ordre de 3 à 5 centimètres. Bien 15 entendu, pour une poutre fléchissante donnée, l'amplitude de ces déplacement dépendra par exemple de la masse du cycliste et de l'intensité des accélérations ou des micro-accélérations auxquelles il est soumis. Notamment, la poutre fléchissante 40 sera intrinsèquement nettement plus souple en flexion que le cadre rigide. La trajectoire de la selle 38 par rapport au cadre rigide est assimilable à un arc de cercle de 2 0 grand rayon. Cette trajectoire est majoritairement horizontale en ce sens que le déplacement de la selle entre les positions extrêmes (en conditions normales d'utilisation) présente une composante horizontale qui est supérieure à sa composante verticale. Dans l'exemple illustré aux figures 1 et 2, la poutre 40 est fixée à la poutre principale 28 du cadre rigide 12 par une liaison pivotante 44 d'axe transversal, et elle est en butée 25 longitudinalement vers l'arrière contre une barrette transversale 46 qui s'étend entre les deux poutres diagonales 34. Cet appui en butée se fait selon une direction majoritairement horizontale, et il se situe sensiblement à mi-hauteur de la poutre 40. On peut voir d'ailleurs que la poutre fléchissante 40 passe entre les deux poutres diagonales 34, ce qui peut être mis à profit pour en assurer un guidage transversal. On pourrait aussi prévoir une butée vers l'avant 3 0 pour la poutre 40, par exemple sous la forme d'une seconde barrette transversale agencée juste devant la poutre 40. Grâce à la construction illustrée, la poutre fléchit sur toute sa longueur dans le même sens. En variante, on pourrait prévoir que la poutre fléchissante 40 soit directement encastrée sur le cadre rigide 12, par exemple sur la poutre principale 28. Dans ce cas, on pourrait supprimer 3 5 la ou les butées longitudinales. Toutefois, il serait nécessaire de réaliser avec soin l'encastrement des deux poutres car il serait le lieu de très fortes concentrations d'efforts. On pourrait aussi prévoir que le point de liaison entre la poutre fléchissante 40 et le cadre rigide 12 soit en un autre endroit du cadre, par exemple au niveau du pédalier 26. La poutre 40 pourra être construite de différentes façons, en veillant toutefois à lui conférer suffisamment de souplesse en flexion dans le plan longitudinal et vertical, tout en veillant à lui conserver au contraire une bonne rigidité selon la direction transversale. La poutre pourrait être réalisée en métal à haute élasticité, voire même en bois. Toutefois, il est apparu particulièrement intéressant de réaliser la poutre fléchissante 40 sous la forme d'une structure sandwich comporte une âme centrale et deux peaux externes. L'âme centrale peut par exemple être réalisée en mousse, en nid d'abeille ou en bois. Les peaux seront avantageusement formées par un matériau composite comportant des fibres (verre, carbone, métal, etc..) noyées dans une résine thermodurcissable (polyester, époxy, ....). 10 Une telle structure permet d'obtenir assez facilement les caractéristiques mécaniques recherchées. Dans l'exemple illustré, la poutre 40 présente au repos une forme légèrement incurvée. Cependant, elle pourrait être réalisée plus simplement de façon rectiligne. De même, la section de la poutre peut prendre différentes formes, mais il sera avantageux d'utiliser une poutre de section sensiblement rectangulaire, allongée selon la direction transversale du vélo 15 comme celle illustrée à la figure 2, ce qui permet de lui conférer la flexibilité voulue dans la direction longitudinale et la raideur désirée dans la direction transversale. De plus, l'intégralité du cadre rigide se situant en dessous d'une ligne joignant le boîtier de direction à l'axe d'ancrage 32 de la roue arrière 16, le centre de gravité du cadre est particulièrement bas. Dans l'exemple illustré, on voit que la selle 38 est fixée à l'extrémité de la poutre 2 0 fléchissante 40 par un tube de selle 42 conventionnel, de telle sorte qu'il est aisé de régler la hauteur de la selle 38 par rapport au sol et au pédalier 24. Cependant, on peut prévoir que la poutre fléchissante 40 soit montée de manière démontable sur le cadre rigide, et que le cadre puisse être équipé avec différents modèles de poutres. Ces poutres fléchissantes pourront différer l'une de l'autre par exemple par leur 2 5 hauteur, par leurs caractéristiques de flexibilité et de raideur, ou encore par leur géométrie de manière à définir différentes positions de la selle par rapport au pédalier (par exemple des positions plus ou moins avancées). Ainsi les caractéristiques du cadre pourront être adaptées à l'infini en fonction de la taille du cycliste, de son poids, de son style de pratique, ou encore de la nature du terrain sur lequel 3 0 il envisage de rouler. Dans l'exemple de réalisation de l'invention qui est illustré à la figure 3, on peut voir un cadre de vélo dans lequel la roue arrière 16 est reliée au cadre rigide 12 par un système de suspension. Ainsi, les deux poutres arrières 30 peuvent être articulées autour du pédalier 26 et être supportées par un combiné ressort-amortisseur 48 agencé dans l'alignement des poutres 3 5 diagonales 34 et en appui sur ces dernières. Bien entendu, une telle suspension de conception classique permet à la roue arrière de décrire une trajectoire majoritairement verticale par rapport au cadre rigide 12. On pourrait également remplacer cette suspension arrière par tout type de suspension de roue arrière connu remplissant la même fonction. Dans tous les cas, le cadre conservera une partie rigide reliant le boîtier de direction 20 au boîtier de pédalier 26, et une poutre fléchissante 40 portant la selle 38. Avec un tel mode de réalisation, on pourra régler la suspension arrière de manière qu'elle encaisse et amortisse majoritairement les gros chocs, tandis que les petits chocs et les micro-accélérations seront absorbés par la déformation de la poutre fléchissante 40. A la figure 4, on a illustré la possibilité de prévoir un mécanisme d'amortissement des déplacements de la selle 38. En effet, même si la poutre fléchissante peut dans une certaine mesure amortir les déplacements de la selle dus à sa propre flexion, il peut être intéressant de munir la poutre fléchissante d'un mécanisme d'amortissement suffisamment efficace pour éviter des oscillations incessantes de la selle. Ainsi, on peut prévoir d'utiliser un amortisseur 10 50 (par exemple un amortisseur hydraulique) interposé entre le cadre rigide 12 et le voisinage de l'extrémité libre de la poutre fléchissante 40. Dans l'exemple illustré, on peut voir que l'une des tiges de l'amortisseur hydraulique 50 est relié aux tubes diagonaux 34 tandis que l'autre tige de l'amortisseur est reliée à la poutre fléchissante 40 en un point situé entre son extrémité supérieure et le point de butée sur la barrette transversale 46 du cadre rigide. Le cadre de vélo selon l'invention permet donc d'obtenir un vélo à la fois rigide et nerveux, ce qui permet d'obtenir un très bon rendement et une très bonne précision de pilotage, tout en garantissant un niveau de confort pour l'utilisateur jusque là non atteint, notamment dans la capacité de filtrer les petits chocs dus au roulage. De plus le système de suspension de la selle qui est proposé est à la fois très simple, donc sans risques de casse ou d'usure, et très léger 20 puisque l'excédent de poids par rapport à vélo entièrement rigide est très inférieur à celui qu'entraîne un système de suspension classique. REVENDICATIONS 1. Cadre de vélo, du type comportant: - un boîtier de direction (20); - un boîtier de pédalier (26); - un support de selle (38); - un axe d'ancrage (32) pour une roue arrière (16); - un cadre rigide (12); caractérisé en ce que le cadre rigide (12, 28) relie au moins le boîtier de direction (20) au boîtier de pédalier (26), en ce que le support de selle comporte une poutre fléchissante (40) reliée au cadre rigide (12, 28), et en ce que la trajectoire de la selle (38) par rapport au cadre rigide (12), due à la flexion de la poutre (40), est majoritairement horizontale. 2. Cadre de vélo selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poutre fléchissante (40) comporte une extrémité inférieure qui est fixée au cadre (12, 28) et une extrémité supérieure qui porte la selle (38). 3. Cadre de vélo selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure de la 2 0 poutre fléchissante (40) est fixée au cadre par une liaison à encastrement. 4. Cadre de vélo selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure de la poutre fléchissante (40) est fixée au cadre (12, 28) par une liaison pivotante (44). 2 5 5. Cadre de vélo selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poutre fléchissante (40) est en appui sur le cadre rigide (12, 46) par une zone médiane de la poutre. 6. Cadre de vélo selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que 3 0 le cadre rigide (28, 30, 34) relie au moins le boîtier de direction (20), le boîtier de pédalier (26) et l'axe (32) d'ancrage de la roue arrière (16). 7. Cadre de vélo selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poutre fléchissante (40) est réalisée en matériau composite. 35 8. Cadre de vélo selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poutre fléchissante (40) est réalisée selon une technologie sandwich. 9. Cadre de vélo selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cadre rigide (12, 34) assure un guidage transversal de la poutre fléchissante (40). 10. Cadre de vélo selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que 5 le cadre rigide (12) s'étend en dessous d'une ligne joignant le boîtier de direction (20) à l'axe d'ancrage (32) pour la roue arrière (16). 11. Cadre de vélo selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cadre rigide comporte au moins une poutre rigide (28) reliant le boîtier de direction (20) 1 0 au boîtier de pédalier (26). 12. Cadre de vélo selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cadre rigide comporte plusieurs poutres rigides (28, 30, 34, 36) assemblées entre elle de manière rigide selon une géométrie fermée. 13. Cadre de vélo selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une poutre rigide (34) reliant directement le boîtier de direction (20) à l'axe d'ancrage (32) pour la roue arrière (16). 2 0 14. Cadre de vélo selon la revendication 13, caractérisé en ce que la poutre rigide (34) reliant directement le boîtier de direction (20) à l'axe d'ancrage (32) pour la roue arrière (16) comporte plusieurs éléments coplanaires. 15. Cadre de vélo selon la revendication 11, caractérisé en ce que la poutre fléchissante (40) 2 5 est fixée sur la poutre rigide (28) reliant le boîtier de direction (20) au boîtier de pédalier (26), dans une zone située entre les deux dits boîtiers (20, 26). 16. Cadre de vélo selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le cadre comporte un système (50) d'amortissement du déplacement de la selle (38). 30 17. Cadre de vélo selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte un amortisseur (50) qui est relié d'une part au cadre rigide (12, 34) et d'autre part à la poutre fléchissante (40). 3 5 18. Cadre de vélo selon la revendication 17, caractérisé en ce que la poutre fléchissante (40) comporte des propriétés d'amortissement.