Brevet FR2874588A1 — publié le 20060303

La présente invention concerne un pédalier de vélo comportant une deuxième manivelle à coulisse permettant de modifier le couple de force et la trajectoire de déplacement de la pédale. Des milliers de personnes ont essayé d'apporter des améliorations à la bicyclette. Très peu y sont parvenu car il faut reconnaître que sa simplicité est globalement satisfaisante. Aussi une petite amélioration au prix d'une plus grande complexité donc d'une augmentation du poids ou du coût de fabrication est rarement acceptable. C'est pourquoi la bicyclette, presque parfaite, évolue peu dans son fonctionnement et son architecture malgré le nombre impressionnant d'exemplaires fabriqués dans le monde chaque jour. Le pédalier traditionnel est simple et convient à la majorité des utilisateurs, toutefois beaucoup ont souhaité l'améliorer. L'objectif de la présente invention est de mieux répartir l'effort du cycliste, en optimisant sa position lorsqu'il le produit et, en réduisant les contraintes articulaires inutiles. Donc faire en sorte que les muscles de la jambe travaillent dans leur zone de puissance maximum avec un minimum de mouvement. Une simple question de bras de levier est donc à résoudre. Le pédalier traditionnel du fait de sa rotation circulaire n'offre un couple intéressant que sur 120[deg] environ. Il est donc important de pouvoir augmenter cet angle jusqu'à 180[deg] . D'autre part, la remontée de la pédale, donc du pied se fait loin derrière ( 34 cm ) ce qui engendre une flexion importante de la jambe sollicitant les articulations de la hanche, du genou, de la cheville et de tout le pied. Ceci impose au cycliste de se tenir en arrière du point sur lequel il fournit son effort correspondant au couple maximum du pédalier. Pour pouvoir fournir un couple supérieur en profitant de son poids il change alors de position et s'avance, en avant de l'axe du pédalier , il se met en danseuse . Il faut donc lui permettre d'être plus en avant par rapport à l'axe du pédalier ce qui impose de réduire le retour en arrière du pied donc de la pédale remontante. Le dispositif selon l'invention permet d'atteindre ces deux objectifs avec un système simple engendrant une très faible augmentation de poids et de coût de fabrication. En effet le couple de force produit par ce pédalier sur les 180' de descente de chaque pédale ne descend pas en dessous de 50% du couple maximum au lieu de 0% pour un pédalier classique lorsqu'il est au sommet ou en bas de sa course. Le déplacement horizontal est réduit à 12 cm environ ou même moins si on le souhaite, au lieu de 34 cm pour un pédalier classique. L'axe du pédalier est obligatoirement reculé du fait de l'augmentation de la distance entre les deux roues à cause de l'allongement de la deuxième manivelle. Pour que le couple ne soit pas nul lorsque la pédale est au sommet de sa course comme c'est le cas pour un pédalier normal faut que l'axe de rotation du bras de levier sur lequel est fixée la pédale soit décalé vers l'arrière et non pas à sa verticale. Voilà pourquoi la pédale(3) est fixée à l'extrémité d'une deuxième manivelle(2) de 24 cm ou plus. Cette manivelle a son autre extrémité qui coulisse horizontalement dans une glissière(5) fixe. La première manivelle(1) dite classique est réduite en longueur à 6 cm au lieu de 17 cm soit un tiers environ de sa longueur. La deuxième manivelle(2) est donc fixée sur la première, à la place de la pédale à une distance de 8,5 cm de son axe d'ancrage dans la glissière(5) soit un tiers environ de sa longueur qui est de 24 cm.La conjugaison du mouvement de rotation circulaire du point de fixation sur l'extrémité de la première manivelle et du mouvement de translation horizontale de son extrémité dans la glissière(5) donne à la pédale(3) une trajectoire particulière non symétrique puisque la phase descendante s'effectue suivant une courbe et la remontée s'effectue suivant pratiquement une verticale. Le déplacement vertical représente 34 cm comme avec un pédalier classique alors que le déplacement horizontal n'est que de 12 cm à savoir le diamètre du cercle dont la première manivelle(1) est le rayon. Lorsque la première manivelle(1) est en position verticale on constate que la deuxième manivelle(2) qui lui transmet une force de poussée est positionnée suivant un angle de 45[deg] .La force tangentielle permettant la rotation des plateaux(8) et de la chaîne, est F3 = F2 x 0,707 (sinus 45[deg]) et du fait de l'angle de 45[deg] de la deuxième par rapport à la verticale donc de la force transmise par l'effort du cycliste cette force est elle-même de F2 = F1 x 0,707 La force tangentielle sur l'extrémité de la première manivelle qui est donc en position verticale, est de F3 = F1 x 0,707 x 0,707 = F1 x 0,50 soit 50% du couple maximum qui correspond à la position horizontale des deux manivelles. Cette modification est donc très importante puisqu'elle permet de beaucoup mieux exploiter l'effort du cycliste qui de surcroît est dans une meilleure position pour fournir et appliquer cet effort. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente en coupe au niveau des axes de l'ensemble du pédalier lorsque les manivelles sont en position horizontale La figure 2 est un schéma représentant la répartition des forces s'exerçant sur le pédalier. La figure 3 montre en pointillé la trajectoire des pédales(3) du fait du déplacement de la deuxième manivelle(2) La figure 4 montre une vue de coté (gauche) de l'ensemble du pédalier selon l'invention avec les fixations(9) de la glissière(5) sur le cadre(6). En référence à ces dessins, le pédalier selon l'invention est constitué d'une première manivelle(1) traditionnelle, de longueur réduite à 6 cm au lieu des 17 cm habituels. A l'extrémité de celle-ci, à la place de la pédale, est fixée une deuxième manivelle(2) de 24 cm environ. Le point de fixation sur la première manivelle se situe à environ 8,5 cm de son extrémité arrière si l'on veut obtenir un angle de 45[deg] lorsque la pédale(3) est au maximum de hauteur pour un débattement vertical de 34 cm identique à celui d'un pédalier classique. La pédale(3) est donc fixée à l'extrémité avant de cette deuxième manivelle c'est à dire à 24 - 8,5 = 15,5 cm de ce point de fixation.Ceci fait que la pédale se trouve à 15,5 + 6 = 21,5 cm de l'axe de rotation(4) du pédalier lorsque les manivelles sont à l'horizontale et que le cycliste produit sont effort maximum, position qui correspond donc au couple maximum. L'extrémité arrière de cette deuxième manivelle comporte un axe perpendiculaire qui vient s'insérer dans le patin(7) de coulissement d'une glissière(5) horizontale elle-même fixée au cadre(6) de la bicyclette par deux pièces métalliques(9). Ainsi cette deuxième manivelle(2) a un mouvement particulier puisque son point de fixation décrit un cercle qui est le cercle décrit par l'extrémité de la première manivelle, son extrémité arrière a un mouvement de translation horizontale rectiligne de 12cm de long puisqu'elle coulisse dans la glissière horizontale solidaire du cadre, et son extrémité avant suit une trajectoire particulière et dissymétrique qui comporte une phase descendante légèrement courbe et une phase ascendante pratiquement rectiligne. Cette trajectoire a un déplacement horizontal réduit à 12 cm, correspondant au diamètre du cercle décrit par la première manivelle(1), au lieu des 34 cm pour les pédaliers classiques. Le déplacement vertical est inchangé et reste volontairement fixée à 34 cm , de manière à être identique à celui des pédaliers traditionnels. Toutefois pour les cyclistes de grande taille, il sera évidemment intéressant de leur installer des manivelles(2) de plus de 24 cm. Il est à préciser que la distance de 24 cm comme toutes les autres distances s'entendent d'axe à axe. Les pièces métalliques seront évidemment légèrement plus longues puisque leurs extrémités doivent enserrer ces axes. La longueur de la première manivelle pourra bien sûr être aussi modifiée ce qui impose de modifier le point de fixation de la deuxième manivelle si l'on veut conserver les 34 cm de débattement vertical. Ce pédalier comme les pédaliers classiques est évidemment symétrique avec le même dispositif à gauche comme à droite. C'est donc l'abaissement de la pédale qui se trouve devant qui produit directement la remontée de la pédale arrière. On peut constater que lorsque la première manivelle est en position verticale , ce qui correspondait à un couple nul pour un pédalier traditionnel, ici avec la deuxième manivelle qui fait un angle de 45[deg] avec cette première manivelle le couple n'est pas nul. La perpendiculaire passant par le point de fixation fait elle aussi un angle de 45[deg] avec l'horizontale qui correspond à la poussée tangentielle à l'extrémité de cette première manivelle. Ainsi pour une force F appliquée à l'extrémité de la deuxième manivelle, la force passant par le point de fixation est en rapport des bras de levier soit F1 = F X 24 / 8.5 = F x 2.82. F2 perpendiculaire à cette deuxième manivelle correspond à F1 X sinus 45[deg] (= 0,707) et la force F3 tangentielle sur l'extrémité de la première manivelle correspond à F2 X sinus 45[deg] (=0,707) ce qui fait que la force F3 est égale à F1 X 0,707 x 0,707 F3 = F1 x 0,50 ou encore F3 = 1/2 F 1 donc F3 = F x 1, 41 puisque F1 = F x 2.82 Cette particularité, à elle seule, apporte un avantage très important par rapport au pédalier traditionnel. La deuxième particularité concerne le confort de pédalage du fait d'une meilleure position du cycliste lui permettant de fournir plus facilement un effort plus puissant avec moins de fatigue et un mouvement de jambe plus réduit et donc moins pénalisant pour les articulations. Selon les variantes, la longueur de la première manivelle peut être réduite ou allongée ainsi que la longueur de la deuxième manivelle. Ainsi pour les cyclistes acceptant un débattement vertical plus important que les 34 cm traditionnels il est très intéressant de rallonger la deuxième manivelle de 1 à 2 cm. Ce nouveau type de pédalier impose évidemment de modifier la structure du cadre(6) du vélo en reculant de quelques cinq centimètres l'axe du pédalier(4) donc en augmentant la distance entre roue avant et roue arrière de manière à ce que les pédales(3) n'accrochent pas la roue avant. Le pédalier selon l'invention du fait d'une meilleure exploitation de l'effort du cycliste, est destiné à remplacer avantageusement le pédalier traditionnel sur toutes les bicyclettes qui seront construites avec un cadre modifié en conséquence c'est à dire avec une distance plus importante entre les roues avant et arrière du fait du recul de 5cm de l'axe du pédalier. REVENDICATIONS 1) Pédalier pour bicyclette caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième manivelle(2) dont l'extrémité avant supporte la pédale(3) et l'extrémité arrière coulisse horizontalement dans une glissière(5) horizontale fixée au cadre(6) de la bicyclette. 2) Pédalier pour bicyclette selon la revendication 1 caractérisé en ce que cette deuxième manivelle(2) est fixée au tiers de sa longueur environ sur la première manivelle(1 ) à la place de la pédale classique. 3) Pédalier pour bicyclette selon la revendication 2 caractérisé en ce que la première manivelle(1) est réduite à environ un tiers de sa longueur traditionnelle. 4) Pédalier pour bicyclette selon la revendication 1 caractérisé en ce que la rotation du point de fixation de la 2ème manivelle et le coulissement horizontale de l'extrémité arrière de cette manivelle se conjuguent mécaniquement pour donner à la pédale une trajectoire particulière et non symétrique puisque la phase descendante s'effectue suivant une courbe et la remontée suivant pratiquement une verticale. 5) Pédalier pour bicyclette selon la revendication 4 caractérisé en ce que cette trajectoire engendre un déplacement horizontal réduit à environ 12 cm au lieu de 34 cm pour malgré tout un déplacement vertical inchangé de 34 cm comme pour les pédaliers traditionnels. 6) Pédalier pour bicyclette selon la revendication 4 caractérisé en ce que cette trajectoire s'effectue entièrement dans une zone située à l'avant de l'axe du pédalier et en particulier pour la phase descendante qui s'effectue à l'avant du cercle de 34 cm de diamètre qui est celui suivi par une pédale classique. 7) Pédalier pour bicyclette selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'inclinaison à 45[deg] de la deuxième manivelle lorsque la première est au sommet de sa rotation transforme une force F verticale, ou légèrement oblique, à l'extrémité de celle-ci, en force F2, perpendiculaire à cette 2ème manivelle, agissant sur l'extrémité de la 1ère manivelle en produisant une force tangentielle F3 pleinement active pour la mise en rotation des plateaux. 8) Pédalier pour bicyclette selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il impose de modifier la structure du cadre du vélo en augmentant la distance entre la roue avant et la roue arrière, c'est à dire en reculant l'axe du pédalier de 5 cm environ.