Brevet FR2896764A1 — publié le 20070803

La présente invention concerne un pédalier de vélo comportant trois manivelles articulées permettant de mieux exploiter l'effort fourni par le cycliste par une position plus efficace et plus confortable du fait de la trajectoire de la pédale modifiée et déplacée très en avant de l'axe du pédalier. Parmi les innombrables modifications proposées pour tenter d'améliorer la structure et le fonctionnement de la bicyclette, de nombreux systèmes concernent le pédalier qui malgré tout, continue à exister sous sa forme classique, à savoir que la pédale décrit un cercle de 34 cm de diamètre environ à l'extrémité de la manivelle, autour de l'axe du pédalier. Or, ce pédalier n'est réellement efficace que sur 120 de sa rotation en passant par un couple maximum lorsque la manivelle est à l'horizontale et que la pédale est à mi-course de sa phase descendante. Certains systèmes plus ou moins sophistiqués, souvent lourds et chers, se sont attachés à améliorer le passage du point mort, c'est à dire la phase où la manivelle est verticale, phase pendant laquelle le couple de mise en rotation est nul quel que soit l'effort vertical fournit par le cycliste. Par ailleurs, on sait pourtant qu'il est possible de modifier la trajectoire de la pédale sans augmenter l'amplitude verticale du déplacement de la pédale donc du pied. Il existe en particulier un pédalier avec une deuxième manivelle dont l'extrémité arrière coulisse horizontalement dans une glissière horizontale solidaire du cadre. 1 5 Cette deuxième manivelle est fixée au tiers de sa longueur sur la première manivelle qui est réduite à 6 cm au lieu de 17 cm. La pédale est fixée à l'extrémité de cette deuxième manivelle de 24 cm et elle décrit alors une trajectoire en forme de tranche d'orange très en avant de l'axe du pédalier en offrant un bras de levier supérieur de 26% de celui d'un pédalier classique. Malgré tout le travail fourni reste le même. Le pédalier selon l'invention relève du même esprit. Son triple objectif consiste 1) à réduire l'amplitude 2 0 du déplacement horizontal de la pédale tout en maintenant l'amplitude du déplacement vertical à 34 cm environ, 2) à augmenter l'allongement du bras de levier, tout en améliorant le confort du cycliste par une meilleure position, plus en avant de l'axe du pédalier, 3) à améliorer le passage du point mort haut pour une meilleure et plus confortable régularité du mouvement. Ce pédalier se veut le plus simple possible pour des raisons de coût de fabrication et de poids. Avec ses trois 2 5 manivelles articulées, ce pédalier fait que la pédale redescend beaucoup plus en avant de la verticale de l'axe du pédalier par rapport au 17 cm pour un pédalier classique. La phase descendante de la pédale commence à une distance déjà très éloignée de la verticale de l'axe du pédalier au lieu de zéro pour un pédalier classique. Le déplacement horizontale est d'une dizaine de cm d'amplitude au lieu de 34 cm. Du fait du déplacement vers l'avant de la trajectoire de la pédale, l'axe du pédalier sera reculé d'une dizaine de 3 0 centimètres environ, ce qui impose d'augmenter d'autant la distance entre roue avant et roue arrière. La jambe du cycliste n'ayant plus à faire un cercle complet de 34cm de diamètre , c'est à dire un passage vers l'arrière très important, Il est intéressant que le cycliste soit placé plus près de la verticale du point moyen de la trajectoire de la pédale lequel se situe désormais très en l'avant de l'axe du pédalier. Ceci permet d'augmenter l'efficacité et le confort en réduisant la fatigue. 3 5 Le ou les plateaux entraînant la chaîne restent classiquement fixés sur l'axe du pédalier, solidaires de la première manivelle. -2- Ce pédalier de vélo est donc constitué de trois manivelles articulées à savoir : la première manivelle(1) classique est en rotation sur 360 autour de l'axe du pédalier(4) mais est réduite en longueur à quelques centimètres au lieu des 17 cm habituels. la deuxième manivelle(2) d'une trentaine de centimètres de longueur environ qui supporte le cache de protection(11, 12) et qui comporte trois axes de fixation, à savoir : le premier axe à l'avant qui est l'axe de support de la pédale(5), le deuxième axe qui est celui de sa fixation sur la première manivelle(1), et le troisième axe à l'arrière qui est celui de sa fixation sur l'extrémité basse de la troisième manivelle(3). la troisième manivelle(3) de 15 à 20 cm de longueur environ, qui maintient dans son mouvement l'extrémité arrière de la deuxième manivelle et sur laquelle est fixé le disque élastique(14). La troisième manivelle est un bras oscillant, dans le même plan que la première manivelle, qui relie l'extrémité arrière de la deuxième manivelle à une potence(7) qui est fixée sur le tube du cadre(6) montant à la selle Le mouvement de la deuxième manivelle est particulier par le fait que chacun de ses points de fixation décrit une trajectoire différente à savoir : le troisième point de fixation à son extrémité arrière décrit un arc de cercle dont le centre est le point de 15 fixation de celle-ci sur la potence(7) le deuxième point de fixation sur la première manivelle décrit un cercle dont la première manivelle est le rayon et dont l'axe du pédalier(4) est le centre. Le premier point de fixation à l'extrémité avant supportant l'axe de la pédale décrit une trajectoire non symétrique en forme de tranche d'orange(8) verticale très en avant de l'axe du pédalier(4) 2 0 Cette trajectoire non symétrique en forme de tranche d'orange(8) comporte une phase descendante courbe qui correspond à la phase active présentant un couple important plus efficace puisque déporté très en avant de la trajectoire circulaire(10) d'un pédalier classique et une phase remontant verticalement très légèrement courbe puisque le point de fixation arrière de la deuxième manivelle(2) sur la troisième(3) ne se déplace pas selon une droite horizontale mais selon l'arc de cercle décrit par l'extrémité basse de la troisième manivelle 2 5 La troisième manivelle supporte au tiers de sa hauteur environ, sur sa face extérieure, c'est à dire dans le plan de la deuxième manivelle, un disque élastique(14) qui est légèrement écrasé par cette deuxième manivelle avant que la pédale arrive au point mort haut et qui va restituer le travail d'écrasement en repoussant celle-ci au moment du passage de ce point mort haut ce qui améliore la régularité et le confort du mouvement ; cet effort d'écrasement étant facilement fourni par l'autre manivelle qui arrive vers le point mort bas avec encore un 3 0 couple très important IEn effet il se trouve que l'angle formé par les manivelles 2 et 3 est le plus fermé juste avant le passage du point mort haut de la pédale. Ce disque élastique(14) peut être de différents modèles. Il peut être par exemple constitué en matière élastique compact ou bien constitué par une couronne extérieure souple reliée au centre soit par des liaisons radiales courbes en métal ou en élastomère soit par des ressorts radiaux(13) de manière à ce que le disque restitue l'énergie d'écrasement en reprenant sa forme d'origine et 3 5 son emplacement en réouvrant l'angle juste avant le passage du point mort haut de la pédale. Les axes supérieurs de pivotement des troisièmes manivelles appartiennent à une potence(7) qui est fixée sur le tube de cadre(6) montant à la selle de manière à ce que ces troisièmes manivelles soient exactement dans le 3 plan des premières manivelles et soient en position verticale lorsque les premières manivelles sont elles-même verticales et que la pédale fixée à l'extrémité avant de la deuxième manivelle est au point mort haut . La longueur de la troisième manivelle est conditionnée par la position de la potence sur le cadre et le fait que son point de fixation avec la deuxième manivelle doit être pratiquement sur le même plan horizontal que l'axe du pédalier(4) lorsque cette troisième manivelle est en position verticale. La longueur de la deuxième manivelle est conditionnée par le fait que le point de fixation de la pédale situé à l'extrémité avant de celle-ci doit se trouver à 17 cm (1/2 amplitude verticale) environ au dessus du plan horizontal passant par l'axe du pédalier lorsque la troisième manivelle est en position verticale, c'est à dire lorsque la première est elle-même en position verticale. 1 0 Sur la deuxième manivelle est installé un cache de protection(11, 12) destiné à protéger la partie supérieure de celle-ci afin d'éviter tout problème d'accrochage, d'écrasement, de cisaillement ou de déchirement du fait des mouvements relatifs des trois manivelles les unes par rapport aux autres , à la chaîne, aux plateaux(9) et au disque élashque(14). Le même dispositif est installé en symétrie de chaque côté du vélo ; pour ce, la potence(7) maintient les 15 troisièmes manivelles de manière à ce que leurs extrémités basses soient parfaitement alignées dans les plans parallèles dans lesquels se déplacent les manivelles 1 ; la deuxième étant située dans le plan parallèle extérieur. Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente le pédalier vu de droite avec la pièce de support (7) des troisièmes manivelles sur le 2 0 cadre(6) La figure 2 représente le même pédalier dans la même position, vu en coupe horizontale au niveau de l'axe du pédalier(4) La figure 3 représente un schéma montrant l'évolution du mouvement de la pédale(5) et des manivelles donc la trajectoire en tranche d'orange(8) de la pédale, comparativement à la trajectoire circulaire classique(10) . 2 5 La figure 4 représente la construction des triangles rectangles ABC et ADE proportionnels entre eux représentant les rapports des dimensions des manivelles 1 et 2 en fonctions de l'amplitude verticale choisie La figure 5 représente les manivelles 1, 2, et 3 lorsque la pédale est à mi course c'est à dire lorsque la deuxième manivelle est à l'horizontale, ce qui permet de déterminer la distance AB minimale du triangle précédent en fonction de la longueur choisie pour la première manivelle. 3 0 La figure 6 montre le disque élastique(6) installé sur la troisième manivelle et écrasé par la deuxième manivelle dans la phase du passage du point mort haut de la pédale(5) La figure 7 représente un disque élastique comportant des lames radiales courbes permettant la déformation élastique du disque(14) En référence à ces dessins, compte tenu des différentes exigences précitées quant au 3 5 positionnement des manivelles les unes par rapport aux autres et à leur position qui conditionnent les dimensions de ces différentes pièces, il est désormais facile de calculer ces éléments à partir d'un choix de départ tel que la longueur de la première manivelle(1) et l'amplitude verticale du déplacement de la pédale(5). -4-L'amplitude horizontale correspondra bien entendu à deux fois la distance comprise entre l'ace du pédalier(4) et l'axe de fixation de la première manivelle(1) avec la deuxième(2). Si l'on choisit une distance de 5 cm l'amplitude horizontale sera de 10 cm. Ainsi il suffit maintenant de construire les deux triangles rectangles proportionnels ABC et ADE qui définiront les différentes dimensions des deux autres manivelles. Ces deux triangles rectangles auront pour sommet commun le point A qui représente le point de fixation de la deuxième manivelle sur l'extrémité basse de la troisième, et pour hypoténuse, AB et AD qui définiront les distances sur la deuxième manivelle entre les axes de fixation sur l'axe de la première manivelle pour B et avec la pédale(5) pour D. AC et AE sont situés sur une droite horizontale passant par l'axe du pédalier en C. DE correspond à 17 crn environ, c'est à dire la demi amplitude verticale de la pédale. AB correspond au minimum à la longueur de la première manivelle + le rayon de l'extrémité basse de la troisième manivelle ( fig. 5) Ainsi si l'on choisit 5 cm d'entre axes pour la première manivelle, + 1,5 cm de partie métallique autour du centre de son axe de fixation avec la deuxième + 1,5 cm de partie métallique autour du centre de l'axe de fixation reliant la deuxième à la troisième, ceci nous donne une longueur minimum de 8 cm. On choisira alors par exemple 9 cm, BC correspondant aux 5 cm de la première manivelle. AD sera ers de 30, 6 cm BD de 21,6 cm AC sera de 7,48 et CE de 17,95 On constate que la pédale commence sa descente à 17,95 cm plus avant de la verticale de l'ace du pédalier(4) au lieu de zéro pour un pédalier classique et qu'elle passe à 21,5 + 5 = 26,6 cm de ce même axe du pédalier lorsqu'elle est à mi-course au lieu au lieu des 17 cm classiques soit 56 % plus loin. 2 0 Si l'on choisit de prendre 10 cm pour AB et en gardant 5 cm pour CB, BD fera 24 cm ce qui donne 34 cm pour AD La pédale commencera sa course à 20,78 cm de la verticale de l'axe du pédalier et passera à 29 cm à mi-course au lieu de 17 cm soit 70 % plus loin que pour un pédalier classique. L'inconvénient de ce choix concerne le cadre du vélo qu'il faudra modifier puisque la distance entre la roue avant et la roue arrière devra être augmentée de 29 û 17 = 12 cm afin de pouvoir pédaler sans accrocher la 2 5 roue avant De surcroït, des problèmes de solidité des axes et des manivelles surviendront si l'on augmente trop la longueur de la deuxième manivelle. L'axe de pivotement de la troisième manivelle appartient à une pièce de support(7) appelée R potence Elle enserre le tube de cadre(6) qui monte à la selle. Pour des raisons d'esthétique et de solidité il sera intéressant de l'intégrer directement dans la conception du cadre(6). Il sera évidemment possible de réduire la largeur de 3 0 cette potence(7) en concevant des troisièmes manivelles en baïonnettes, la seule condition étant que l'extrémité basse oscille dans le plan de la première manivelle. Afin d'éviter tout problème lié à l'accrochage, à l'écrasement et au déchirement, du fait des mouvements relatifs de ces trois manivelles les unes par rapport aux autres ou par rapport aux plateaux(9) et à la chaîne, ce pédalier sera protégé par un cache de protection(11 et 12) en plastique installée directement sur la deuxième 3 5 manivelle(2) , et ce, des deux côtés du vélo. Ce cache de protection s'élève verticalement au dessus de cette deuxième manivelle sur toute sa longueur et se déplacera donc avec elle, donc avec la pédale. Sa surface relativement grande permet d'empêcher l'accès aux manivelles 1 et 3 quelle que soit la position de celles-ci au -5- cours de la rotation. Elle empêche également tout contact avec les plateaux(9)et la chaîne autour de ceux-ci. Pour remplir cette fonction ce cache solidaire de la deuxième manivelle aura une longueur supérieure à celle-ci soit plus de 30 cm avec même une partie s'élargissant vers le haut , et du côté droit , le cache (Il) aura plus de 17 cm de haut pour recouvrir à la fois la troisième manivelle et la chaîne autour des plateaux. Du côté gauche du vélo, le cache(12) sera plus réduit en surface puisqu'il n'a pas à protéger la chaîne et les plateaux. Le mode de fixation du cache sur la deuxième manivelle est indifférent au principe. Ces caches de protection(11 et 12)peuvent donc être collés, vissés, emboîtés etc. Comme pour les pédaliers classiques, c'est la descente de la pédale qui provoque la remontée de la pédale du côté opposé du fait de la rotation régulière sur 360 en continu de la première manivelle(1). 1 0 Toutes les mesures indiquées concernant les dimensions des manivelles peuvent être évidemment modifiées à condition qu'elles permettent de respecter le principe de fonctionnement précédemment décrit et les exigences précitées. Du fait des efforts wnportants auxquels ces trois manivelles et la pièce de support sont soumises et principalement leurs axes, les matériaux (aciers spéciaux, carbone et autres alliages spéciaux) seront choisis 1 5 en conséquence. Le pédalier selon l'invention est destiné à équiper tous les vélos et autres appareils à pédales dont la structure aura globalement été modifiée afin d'exploiter au mieux les avantages apportés par ces trois manivelles articulées. REVENDICATIONS 1) Pédalier de vélo caractérisé en ce qu'il est constitué de trois manivelles articulées à savoir : - Une première manivelle (1) classique en rotation sur 360 autour de l'axe (4) du pédalier mais réduite en longueur à quelques centimètres au lieu des 17 cm habituels. ,- Une deuxième manivelle (2), d'une trentaine de centimètres de longueur environ qui comporte trois axes de fixation, à savoir : un premier axe situé à l'avant et constituant l'axe de support de la pédale(5), un deuxième axe réalisant la fixation sur la première manivelle(1), un troisième axe à l'arrière réalisant la fixation sur l'extrémité basse de la troisième manivelle (3). - Une troisième manivelle (3) de 15 à 20 cm de longueur environ et qui maintient dans son mouvement l'extrémité arrière de la deuxième manivelle (2). 102) Pédalier de vélo, selon la revendication 1 caractérisé en ce que la troisième manivelle (3) constitue un bras oscillant, dans le même plan que la première manivelle (1), qui relie l'extrémité arrière de la deuxième manivelle (2) à une potence (7) fixée sur le tube du cadre(6) montant à la selle. 3) Pédalier de vélo, selon la revendication 2 caractérisé en ce que le mouvement de la deuxième manivelle (2) présente la particularité que chacun de ses points de fixation décrit une trajectoire différente à 15 savoir : - Le troisième point de fixation situé à l'extrémité arrière décrit un arc de cercle dont le centre est le point de fixation de la troisième manivelle (3) sur la potence (7). Le deuxième point de fixation correspondant à la fixation à la première manivelle (1) décrit un cercle dont la première manivelle (1) est le rayon, et l'axe (4) du pédalier le centre, 20- Le premier point de fixation, situé à l'extrémité avant et supportant l'axe de la pédale (5), décrit une trajectoire non symétrique en forme de tranche d'orange (8) verticale très en avant de l'axe (4) du pédalier. 4) Pédalier de vélo, selon la revendication 3, caractérisé en ce que cette trajectoire non symétrique en forme de tranche d'orange (8) comporte : une phase descendante courbe qui correspond à la phase active et présentant un couple efficace plus 2 5 important qu'avec un pédalier classique puisque déportée très en avant de la trajectoire circulaire (10) de ce pédalier classique et une phase ascendante verticale et très légèrement courbe, puisque le point de fixation arrière de la deuxième manivelle (2) sur la troisième (3) ne se déplace pas selon une droite horizontale, mais selon l'arc de cercle décrit par l'extrémité basse de la troisième manivelle (3). 30 5) Pédalier de vélo, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième manivelle (3) supporte, au tiers de sa hauteur environ, sur sa face extérieure, c'est à dire dans le plan de la deuxième manivelle (2), un disque élastique(14) qui est légèrement écrasé par cette-7- deuxième manivelle avant que la pédale (5) n'arrive au point mort haut et qui va restituer le travail d'écrasement en repoussant celle-ci (2) pendant le passage du point mort haut, améliorant la régularité et le confort du mouvement. 6) Pédalier de vélo, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l' axe supérieur de pivotement de la troisième manivelle (3) appartient à une potence (7) qui est fixée sur le tube de cadre(6) montant à la selle , de manière à ce que l'extrémité basse de la troisième manivelle (3) soit exactement dans le plan de la première manivelle (1) et que cette troisième manivelle (3) soit en position verticale lorsque la première manivelle est elle-même en position verticale, la pédale (5) fixée à l'extrémité 3 0 avant de la deuxième manivelle étant alors au point mort haut . 7) Pédalier de vélo, selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la longueur de la troisième manivelle (3) est conditionnée par la position de la potence (7) sur le cadre (6) et le fait que son point de fixation à la deuxième manivelle doit être sensiblement dans le même plan horizontal que l'axe (4) du pédalier lorsque cette troisième manivelle (3) est en position verticale. 15 8) Pédalier de vélo, selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la longueur de la deuxième manivelle (2) est conditionnée par le fait que le point de fixation de la pédale (5), situé à l'extrémité avant de la deuxième manivelle (2) doit se trouver à 17 cm (1/2 amplitude verticale) environ au dessus du plan horizontal passant par l'axe (4) du pédalier lorsque la troisième manivelle (3) est en position verticale, c'est à dire lorsque la première manivelle (1) est elle-même en position verticale. 20 9) Pédalier de vélo, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième manivelle (2) est pourvue d' un cache de protection (11, 12) destiné à protéger la partie supérieure de celle-ci afin d'éviter tout problème d'accrochage, d'écrasement, de cisaillement ou de déchirement du fait des mouvements relatifs des trois manivelles les unes par rapport aux autres , à la chaîne, aux plateaux (9) et au disque élastique (14). 2 5 10) Pédalier de vélo, selon rune quelconque des revendications' précédentes, caractérisé en ce que le même dispositif est installé de manière symétrique de chaque côté du vélo la potence maintenant les troisièmes manivelles de manière à ce que leurs extrémités basses évoluent dans les mêmes plans que ceux dans lesquels se déplacent les premières manivelles (1) et les deuxièmes manivelles étant situées dans des plans parallèles extérieurs.