Brevet FR3016040A1 — publié le 20150703

- 1 - SYSTE1VIE D'ACQUISITION POUR LA DETER1VIINATION DU COEFFICIENT DE PENETRATION D'UN VEHICULE ET APPLICATION A UN SYSTE1VIE DE SIMULATION DES PERFORMANCES D'UN CYCLISTE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un système pour la détermination du coefficient de pénétration d'un véhicule tel qu'un vélo, une voiture, un camion et un système de simulation des performances d'un cycliste, mettant en oeuvre ledit système pour la détermination du coefficient de pénétration, et particulièrement adapté pour optimiser en temps réel le matériel utilisé par un cycliste sur un parcours déterminé. ART ANTERIEUR Dans le domaine du cyclisme, il est bien connu que la performance d'un cycliste dépend de la puissance mécanique qu'il développe et des puissances de résistance à l'avancement. Ainsi la puissance développée par le cycliste est égale à la puissance nécessaire pour le roulement plus la puissance pour vaincre l'aérodynamisme. Ce qui peut s'écrire sous la forme suivante, pour une vitesse stabilisée et sans devers : sLoppés = 25 Un cycliste professionnel développe en moyenne entre 250 et 400 Watts sur une épreuve classique. Avec la composante aérodynamique définie par l'équation suivante : I 1 011 C eAéro = - p. SCx.V3, on observe qu'un cycliste, à 35 km/h, utilise de l'ordre de 2 30 85% de la puissance qu'il développe pour vaincre l'aérodynamique. On comprend donc aisément l'importance de l'aérodynamique dans la performance. 20 - 2 - Or la gestion de l'aérodynamisme n'est aujourd'hui analysée que pour les épreuves du contre la montre, en dehors de ces dernières, elle n'est donc pas organisée, ni optimisée. L'un des objets de l'invention concerne un système d'acquisition pour la détermination du coefficient de pénétration d'un véhicule tel qu'un vélo notamment afin de déterminer la puissance aérodynamique du véhicule. Un autre objet de l'invention concerne plus précisément le cyclisme par la simulation et l'intégration de la gestion des entrainements et donc l'optimisation du matériel en temps réel pour tous les types d'épreuves (du triathlon, aux courses par étape, en passant par le contre la montre), en fonction de la puissance aérodynamique préalablement déterminée. EXPOSE DE L'INVENTION L'un des buts de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients en proposant un système d'acquisition et de simulation des performances d'un cycliste ou similaire, de conception simple et peu onéreuse, permettant d'améliorer les performances dudit cycliste en optimisant le matériel de ce dernier par une simulation de la puissance aérodynamique développée en fonction du matériel et du parcours notamment. A cet effet et conformément à l'invention, il est proposé un système d'acquisition pour la détermination du coefficient de pénétration SCx d'un véhicule tel qu'un vélo, une voiture, un camion ou similaire remarquable en ce qu'il comporte au moins un module d'acquisition comprenant au moins une unité centrale, une mémoire, au moins un capteur de mesure de la vitesse d'écoulement de l'air et de son incidence par rapport à l'axe de déplacement du véhicule, ledit capteur étant connecté audit module d'acquisition, et des moyens de calcul du coefficient de pénétration SCx du véhicule en fonction de la vitesse d'écoulement de l'air et de son incidence par rapport à l'axe de déplacement dudit véhicule. - 3 - Ledit module d'acquisition comporte des moyens de communication aptes à transmettre les valeurs mesurées par le ou les capteurs à un serveur informatique. Le ou les capteurs sont connectés au module d'acquisition par une liaison sans fil. Par ailleurs, le module d'acquisition comporte une mémoire dans laquelle les valeurs mesurées par le ou les capteurs sont enregistrées. Accessoirement, le système comporte une caméra connectée au module d'acquisition. Un autre objet de l'invention concerne un système de simulation des performances d'une personne telle qu'un cycliste par exemple, remarquable en ce qu'il comporte au moins un système d'acquisition pour la détermination du coefficient de pénétration SCx d'un véhicule selon l'invention, un récepteur GPS permettant de déterminer au moins la position géographique, l'altitude et la vitesse du cycliste, ledit récepteur GPS étant connecté au module d'acquisition, au moins un capteur de mesure d'au moins une valeur physiologique du cycliste telle que la fréquence cardiaque, ledit capteur étant connecté audit module d'acquisition, au moins un capteur de mesure de la cadence et/ou de la puissance développée par le cycliste, ledit capteur étant connecté audit module d'acquisition, et des moyens de calcul de la puissance développée et/ou de la vitesse du cycliste en fonction des valeurs mesurées par lesdits capteurs sur un parcours et en fonction d'un équipement déterminé, ledit équipement consistant notamment dans un cadre, des pneus, des roues, des roulements, ou similaires, et/ou en fonction d'un cycliste déterminé. Par ailleurs, ledit système de simulation comporte un dispositif comprenant un plateau inclinable sur lequel sont montés des rouleaux avant et des rouleaux arrières, la roue avant d'un vélo prenant appui sur les rouleaux avant et la roue arrière dudit vélo prenant appui sur les rouleaux arrières, des moyens d' entrainement des rouleaux avant en fonction de la rotation des rouleaux arrières, un frein des rouleaux arrières, des moyens pour piloter ledit frein en fonction des données acquises par le module d'acquisition et - 4 - des moyens pour piloter l'inclinaison dudit plateau en fonction des données acquises par ledit module d'acquisition. DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, du système d'acquisition conforme à l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique du système d'acquisition conforme à l'invention, - la figure 2 est une représentation graphique des valeurs mesurées par le système d'acquisition conforme à l'invention, - la figure 3 est une représentation graphique du gain et/ou de la perte de temps simulée à partir du système de simulation conforme à l'invention, - les figures 4A à 4C sont des représentations schématiques d'un dispositif d'entraînement couplé au système de simulation suivant l'invention, dans différentes positions. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Dans la suite de la description du système pour la détermination du coefficient de pénétration SCx d'un véhicule suivant l'invention, les mêmes références numériques désignent les mêmes éléments. Par ailleurs, les différentes vues ne sont pas nécessairement tracées à l'échelle. De plus, on décrira ci-après une application du système pour la détermination du coefficient de pénétration SCx d'un vélo à un système de simulation des performances d'un cycliste ; toutefois, il est bien évident que le système suivant l'invention trouvera de nombreuses applications dans le domaine sportif tel que l'aviron, la course à pied par exemple ou dans le domaine médical pour la rééducation d'un patient sans pour autant sortir du cadre de l'invention. - 5 - En référence à la figure 1, le système de simulation suivant l'invention comporte au moins un module d'acquisition (1) comprenant au moins, une unité centrale, une mémoire et un récepteur GPS permettant de déterminer au moins la position géographique, l'altitude et la vitesse du cycliste, au moins un capteur de mesure, non représenté sur la figure 1, d'au moins une valeur physiologique du cycliste telle que la fréquence cardiaque, ledit capteur étant connecté audit module d'acquisition (1), au moins un capteur, non représenté sur la figure 1, de mesure de la cadence et/ou de la puissance développée par le cycliste, ledit capteur étant connecté audit module d'acquisition (1), au moins un capteur (2) de mesure de la vitesse d'écoulement de l'air et de son incidence par rapport à l'axe de déplacement du cycliste, ledit capteur (2) étant connecté audit module d'acquisition (1), et des moyens de calcul de la puissance développée et/ou de la vitesse du cycliste en fonction des valeurs mesurées par lesdits capteurs sur un parcours et en fonction d'un équipement déterminé, ledit équipement consistant notamment dans un cadre, des pneus, des roues, des roulements, ou similaires, et/ou en fonction d'un cycliste déterminé. Le capteur de mesure d'au moins une valeur physiologique du cycliste telle que la fréquence cardiaque du cycliste et le capteur de mesure de la cadence et/ou de la puissance développée par le cycliste consiste dans tout capteur bien connu de l'homme du métier. Ces derniers pourront notamment consister dans les capteurs commercialisés par la société POLAR sous les références « capteur de fréquence cardiaque H1,2,6 ou 7» et/ou « capteur de cadence série CS » et/ou « capteur de cadence W.I.N.D. » par exemple. Par ailleurs, le capteur (2) de mesure de la vitesse d'écoulement de l'air et de son incidence par rapport à l'axe de déplacement du véhicule est positionné sur le guidon du vélo par exemple et il est connecté au module d'acquisition (1) par tous moyens appropriés tels que par un réseau filaire ou un réseau sans fil du type Wi-Fie, Zigbeee, Bluetoothe ou similaire. Lesdits moyens de calcul du coefficient de pénétration le plus faible en fonction de ladite vitesse d'écoulement de l'air et de son incidence mesurée consistent dans un algorithme enregistré dans ledit module d'acquisition (1) par exemple. Ledit capteur (2) de la vitesse d'écoulement de l'air et de son incidence consiste de préférence dans un anémomètre à ultra-sons. Ledit anémomètre à ultra-sons comprend un - 6 - corps supérieur de forme générale cylindrique et un corps inférieur également de forme générale cylindrique, tous deux centrés sur le même axe vertical, la face inférieure dudit corps supérieur étant espacée de la face supérieure dudit corps inférieur par des moyens de liaison, pour définir entre eux un espace de mesure, ledit corps supérieur intégrant quatre transducteurs électro-acoustiques, régulièrement répartis dans un même plan horizontal, sur un cercle centré sur ledit axe vertical, dont la face émettrice/réceptrice est orientée en direction de ladite face supérieure dudit corps inférieur, faisant office de réflecteur d'ondes, lesquels transducteurs communiquent entre eux par paires et sont associés à des moyens électroniques/informatiques, pour mesurer la circulation du flux d'air passant dans ledit espace de mesure. Lesdits moyens de liaison entre les corps supérieur et inférieur consistent en une unique colonne cylindrique centrée sur l'axe vertical, et en ce que chaque transducteur est agencé et configuré pour communiquer latéralement avec les deux transducteurs contigus qui l'encadrent. De préférence, l'anémomètre consiste dans un anémomètre à ultra-sons tel que décrit dans les demandes de brevet français FR 2 800 876 ou FR 2 930 346 par exemple ; Toutefois, il est bien évident que le capteur (18) pourra consister dans tout autre capteur équivalent connu de l'homme du métier procurant une mesure de la vitesse d'écoulement de l'air et de son incidence par rapport à l'axe de déplacement du véhicule sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Ainsi, le système suivant l'invention est composé de plusieurs modules softwares qui s'appuient sur du hardware de type « smartphones » (Androide et I-Phonee) et qui se complètent : un module GPS interne au téléphone avec acquisition de positionnement, d'altitude, de vitesse.., et l'exploitation de cartes géographiques, un module d'acquisition de données extérieures avec différents protocoles de communication, tels que le bluetooth et l'ANT+ qui est le protocole le plus courant dans le cyclisme par exemple : cadence, fréquence cardiaque, puissance développée, un module d'affichage de position sur cartographie et de valeurs acquises, un module d'acquisition approprié au capteur de mesure de la vitesse de l'écoulement et son angle d'incidence par rapport à l'axe de déplacement du cycliste. Cet écoulement est la combinaison des composantes de déplacement du cycliste et du vent. - 7 - Le téléphone portable sert donc de centrale d'acquisition de données et de transfert de ces données. Elles sont stockées sur une mémoire spécifique du téléphone, mais peuvent être aussi transférées par paquet en Wi-fi (une fois le parcours terminé) ou en temps réel par une connexion 3G ou 4G embarquée par le téléphone, sur un serveur Internet (3) dédié et sécurisé pour chaque utilisateur. Le programme d'ordinateur est embarqué sur le téléphone Androide et/ou I-OS® (Ipade ou iphonee) pour les tablettes tactiles mais aussi pour un ordinateur de type PC (quel que soit son système d'exploitation) afin d'analyser les parcours du cycliste en temps réel ou juste après lesdits parcours. Ainsi, le programme d'ordinateur permet d'analyser les valeurs moyennes, minimales et maximales sur l'ensemble des paramètres enregistrés tels que la puissance développée, la vitesse du vélo, le dénivelé, etc... De manière avantageuse, le programme d'ordinateur permet également de traiter, à posteriori les données en comparant tout ou partie des données collectées lors de plusieurs parcours du cycliste et/ou la totalité des données collectées pour un parcours déterminé. Ces données traitées pourront alors être affichés sur un moyen d'affichage tel que l'écran de l'ordinateur et, avantageusement, sous la forme d'un graphique tel que représenté sur la figure 2. Dans le graphique représenté sur la figure 2, ce dernier comporte en ordonnées la valeur choisie dans la liste des paramètres acquis, en l'espèce la puissance développée, la vitesse et le dénivelé, et en abscisses le temps. On notera que, en abscisses, le temps pourra être substitué par la distance. De cette manière, il est possible de superposer et de comparer des données de parcours identiques entre différentes sorties ou différents coureurs, créant des comparaisons et des analyses détaillées. Par ailleurs, le programme d'ordinateur comporte également des moyens pour tracer un parcours sur une carte, en connaissant le dénivelé du parcours, pour saisir les conditions météo globales, à partir de données météorologiques telles que des données fournies par Météo France® ou des données météorologiques locales fournies par une station météo locale ou par les données récoltées par le module d'acquisition lors d'un parcours. Le programme d'ordinateur comporte également des moyens pour saisir la configuration du vélo, du coureur avec son profil de performance et pour simuler un temps de parcours pour une puissance isométrique et/ou une vitesse isométrique - 8 - déterminée en fonction d'un précédent parcours du cycliste. De cette manière, en changeant le profil de performance du coureur, le programme d'ordinateur détermine la performance d'un coureur sur une épreuve qu'il n'a jamais parcourue. De même en changeant ses équipements et en utilisant des données relatives à ces équipements préalablement obtenues par des tests en soufflerie, le programme d'ordinateur simule le temps de parcours pour chaque combinaison d'équipements (roues, cadres, vêtements, casques, etc...) et compare lesdits temps pour déterminer le meilleur équipement possible. A cet effet, en référence à la figure 3, le programme d'ordinateur génère un graphique dans lequel les gains/pertes de temps le long du parcours avec un équipement déterminé, et détermine la différence de temps sur la totalité du parcours. Les choix d'équipement pourront ainsi être appropriés et personnalisés pour chaque coureur. De plus il permet de modifier des paramètres de l'équipement en renseignant les variations de performances associées, à savoir la puissance mécanique dissipée en changeant les roulements, les pneus, ou la puissance aérodynamique consommée en changeant un équipement déterminé en fonction de l'angle de vent/lacet mesuré par le module d'acquisition précédemment décrit, en fonction du vélo (soit sur route ou au contre la montre), mais aussi en fonction du coureur (entre 5 et 25 selon les équipes). On notera qu'une telle simulation correspond, pour un cycliste, à environ 400 mesures qui nécessiterait environ 3 jours d'essais en soufflerie. De plus, le programme d'ordinateur simule le temps de parcours pour chaque combinaison de paramètres de conditions de circulation comme le coefficient d'adhérence de la route, les conditions météorologiques globales et/ou locales, ainsi que tout autre paramètre en dehors du vélo afin de simuler et calculer puis comparer lesdits temps pour déterminer le meilleur équipement possible en fonction de ces conditions. Par ailleurs, le programme d'ordinateur permet également de générer un ou plusieurs fichiers de parcours basés sur des fichiers existants, mais en modifiant certains critères comme accentuer le pourcentage de la pente dans un col, une descente ou du plat, en simulant une puissance développée (col, plat) ou consommée (descente) différente, afin de fixer des objectifs de travail et d'entrainements personnalisés. - 9 - De plus, le programme d'ordinateur permet également la récupération des données acquise en Bluetooth / ANT + par les coureurs, transmis via 3G ou 4G sur serveur sécurisé, et qui seront exploitables en temps réel par les entraineurs et les directeurs sportifs au cours d'une épreuve cycliste. Ainsi dans une voiture suiveuse, les données de plusieurs coureurs d'une même équipe seront évaluées par rapport aux entrainements, à l'état de forme, la simulation de parcours, et de la stratégie de l'équipe pendant une course. Accessoirement, le système pourra comporter une caméra miniature et autonome telle qu'une caméra commercialisée sous la marque Go-Proe ou similaire, ladite caméra étant connectée au module d'acquisition et la vidéo étant enregistrée. Ainsi, il est possible de visualiser les conditions de courses et de les rapprocher des données acquises et des faits de course. Les vidéos pourront être visualisées notamment par les entraineurs et les coureurs. En référence aux figures 4A à 4C, un autre objet de l'invention concerne également un dispositif de type « home tramer» dispositif comprenant un plateau (10) inclinable sur lequel sont montés des rouleaux avant (11) et des rouleaux arrières (12), la roue avant d'un vélo prenant appui sur les rouleaux avant (11) et la roue arrière dudit vélo prenant appui sur les rouleaux arrières (12), des moyens d'entrainement (13) des rouleaux avant (11) en fonction de la rotation des rouleaux arrières (12), un frein (14) des rouleaux arrières, des moyens pour piloter ledit frein (14) en fonction des données acquises par le module d'acquisition et des moyens pour piloter l'inclinaison dudit plateau en fonction des données acquises par ledit module d'acquisition. Le plateau inclinable (10) est par exemple articulé dans sa partie arrière autour d'un axe horizontal et coopère dans sa partie avant avec des vérins, tels que des vérins hydrauliques ou électriques pour modifier l'inclinaison dudit plateau (10). De cette manière, le dispositif est piloté en permanence pour reproduire les conditions d'entrainement souhaitées, ces conditions d'entrainement consistant soit dans des conditions d'entrainement préalablement acquises par le module d'acquisition soit dans des conditions d'entrainement "types" modifiées par le programme d'ordinateur précédemment décrit. Le vélo est tenu par la roue arrière et la puissance à développer par - 10 le cycliste est simulé au moyen du frein (14) placé sur la roue arrière et un variateur électronique permettant de dissiper la puissance électrique générée. Le pilotage du frein est effectué en temps réel en s'appuyant sur un fichier issu du programme d'ordinateur. Le rouleau avant est entrainé par le rouleau arrière afin de mesurer la vitesse d'avancement et donc contrôler l'effort et la puissance. Par ailleurs, la pente à gravir ou à descendre est simulée à l'aide des vérins qui élèvent et descendent le plateau et qui permettent un basculement de l'ensemble autour d'un axe de rotation sous le vélo. La roue avant est totalement libre, et la roue arrière a avantageusement un degré de liberté afin d'autoriser "une mise en danseuse" pour que le cycliste puisse développer la puissance en montée. On observera que le pilotage du dispositif est obtenu en fonction d'un fichier informatique correspondant à des conditions d'entrainement consistant soit dans des conditions d'entrainement préalablement acquises par le module d'acquisition soit dans des conditions d'entrainement "types" modifiées par le programme d'ordinateur précédemment décrit. Ceci permet d'organiser l'entrainement d'un cycliste en fonction des objectifs et d'un planning de travail et de progression. De plus, le système d'acquisition précédemment décrit pourra être utilisé en complément d'un home tramer afin d'obtenir les données développées par le coureur sur ledit home tramer puis de les comparer en temps réel, au moyen d'une communication Wi-Fi, 3G/4G ou similaire vers le serveur sécurisé) ou à postériori avec le programme d'ordinateur précédemment décrit. Accessoirement, le programme d'ordinateur pourra être édité et il est également possible de superposer les données acquises pendant l'entrainement (et transmises sur le serveur) et les données « types » souhaitées par l'entraineur. Le bilan sera alors chiffré, expliqué.., et pourra faire état de progrès ou non dans le temps. Le dispositif constitue un outil de travail simplifié et connecté permettant un contact constant entre entraineurs et coureurs, associant un travail précis et personnalisé dans un contexte alliant modernité et sécurité des données collectées. -11 Enfin, il est bien évident que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières et en aucun cas limitatifs quant au domaine d'application de l'invention. REVENDICATIONS1 - Système d'acquisition pour la détermination du coefficient de pénétration SCx d'un véhicule tel qu'un vélo, une voiture, un camion ou similaire caractérisé en ce qu'il comporte au moins un module d'acquisition comprenant au moins une unité centrale, une mémoire, au moins un capteur de mesure de la vitesse d'écoulement de l'air et de son incidence par rapport à l'axe de déplacement du véhicule, ledit capteur étant connecté audit module d'acquisition, et des moyens de calcul du coefficient de pénétration SCx du véhicule en fonction de la vitesse d'écoulement de l'air et de son incidence par rapport à l'axe de déplacement dudit véhicule. 2 - Système selon la revendication précédente caractérisé en ce que le module d'acquisition comporte des moyens de communication aptes à transmettre les valeurs mesurées par le ou les capteurs à un serveur informatique. 3 - Système selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le ou les capteurs sont connectés au module d'acquisition par une liaison sans fil. 4 - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le module d'acquisition comporte une mémoire dans laquelle les valeurs mesurées par le ou les capteurs sont enregistrées. 5 - Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il comporte une caméra connectée au module d'acquisition. 6 - Système de simulation des performances d'une personne telle qu'un cycliste par exemple, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système d'acquisition pour la détermination du coefficient de pénétration SCx d'un véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, un récepteur GPS permettant de déterminer au moins la position géographique, l'altitude et la vitesse du cycliste, ledit récepteur GPS étant connecté au module d'acquisition, au moins un capteur de mesure d'au moins une valeur physiologique du cycliste telle que la fréquence cardiaque, ledit capteur étant connecté audit module d'acquisition, au moins un capteur de mesure de la cadence et/ou- 13 de la puissance développée par le cycliste, ledit capteur étant connecté audit module d'acquisition, et des moyens de calcul de la puissance développée et/ou de la vitesse du cycliste en fonction des valeurs mesurées par lesdits capteurs sur un parcours et en fonction d'un équipement déterminé, ledit équipement consistant notamment dans un cadre, des pneus, des roues, des roulements, ou similaires, et/ou en fonction d'un cycliste déterminé. 7 - Système de simulation selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif comprenant un plateau inclinable sur lequel sont montés des rouleaux avant et des rouleaux arrières, la roue avant d'un vélo prenant appui sur les rouleaux avant et la roue arrière dudit vélo prenant appui sur les rouleaux arrières, des moyens d'entrainement des rouleaux avant en fonction de la rotation des rouleaux arrières, un frein des rouleaux arrières, des moyens pour piloter ledit frein en fonction des données acquises par le module d'acquisition et des moyens pour piloter l'inclinaison dudit plateau en fonction des données acquises par ledit module d'acquisition.