Brevet FR3084330A1 — publié le 20200131

Description Titre de l'invention : châssis exosquelette à bras oscillants longi- tudinaux et à transmission enchâssée et individualisée par roue, muni de son ensemble amortissant à variation d'angle Domaine technique de l'invention 100011 La présente invention s'applique au domaine des véhicules tricycles. Elle consiste en un ensemble Châssis/transmission et son groupe propulseur à bras oscillants amortis. Technique antérieure [0002] La saturation urbaine nous plonge clans un contexte environnemental et économique où les concepts de mobilité sont amenés à évoluer, notamment pour les déplacements pendulaires domicile/travail/domicile et pour la logistique du « dernier kilomètre »... On constate que le marché des véhicules à action humaine et assistance électrique est en forte croissance. Ce marché est majoritairement dédié aux deux roues traditionnels à faible capacité de chargement avec un centre de gravité haut perché (type sacoches de facteur). [0003] Les vélos tandem, vélos cargo (chargement) et tricycles pendulaires restent en retrait bien que proposant des solutions intéressantes en matière de sécurité et de confort. En effet ils offrent une bonne alternative au vélo peu sécurisant et aux 4 roues alternatifs, plus lourds, plus chers et pénalisés par leur largeur. [0004] Nous nous intéresserons donc aux véhicules tricycles proposant ces caractéristiques de sécurité et de confort, tandem, cargo et notamment les tricycles pendulaires offrant de meilleures qualités cinématiques en virage, particulièrement en configuration de chargement. [0005] L'étude de l'existant fait état de véhicules tandem ou cargo non inclinables (type triporteur) ou de véhicules inclinables mais mono conducteur, pour le cyclisme alternatif et récréatif, sans grand confort et à faible capacité de chargement au dessus de l'essieu. Ce peu de choix est dû à des conceptions structurelles non adaptées et non pensées pour la multifonction, tant pour le châssis (de type cadre de vélo) que pour la cinématique d'essieu moteur et que pour le schéma de transmission. [0006] En effet le train à deux roues présente les complications techniques d'un essieu devant assurer la fonction de direction s'il est à l'avant, par un ensemble de bras et tringleries, ou la fonction de motricité s'il est à l'arrière, par un ensemble chaîne/arbre de transmission/bras superposés pour le maintien de la roue dans son plan vertical. [0007] Nous nous intéresserons à cette deuxième option d'essieu moteur. [0008] Lc débattement des doubles bras amortis nécessite l'usage d'un arbre à joints de cardans ou joints tripodes qui restent limités en angle de débattement. Cette contrainte 2 limite l'inclinaison sauf à élargir l'essieu ce qui impacte la largeur du véhicule qui doit conserver sa vocation urbaine. Par ailleurs, lors du débattement la distance entre les deux plans de roues se réduit (principe du parallélogramme) et ne permet pas d'exploiter cet entre-roues à des fonctions non mécaniques (chargement, espace passager...). [0009] Nous le voyons, ces applications structurelles et mécaniques impactent le déve- loppement de ces tricycles qui souffrent d'une impossibilité de fonctions à valeur ajoutée (ergonomie, chargement, centre de gravité, équipement de sécurité/confort), le tout dans un encombrement restreint pour un usage urbain. Présentation de l'invention [0010] Tout en offrant un avantage esthétique par la suppression de pièces mobiles ap- parentes, l'invention répond avant tout aux critères de compacité par l'intégration d'un ensemble pendulaire amorti dans une exostructure multifonctions (voir analogie biologique en page 3) pouvant de cc fait bénéficier d'aménagements spécifiques dans une largeur réduite (un vélo à sacoche peut atteindre 70cms de large). [0011] L'invention concerne trois solutions techniques interdépendantes proposant une dé- portation des implantations mécaniques : [0012] - la structure roulante pendulaire [0013] - la transmission enchâssée dédoublée [0014] - l'amortissement à variation d'angle [0015] La structure roulante pendulaire consiste en un châssis poutre autoporté et exos- quelette (1) supportant deux bras transversaux servant de pivot (2). Cet axe structurel supporte deux bras (3) qui oscillent chacun dans un plan vertical et longitudinal par rapport au châssis (plan d'oscillation). Les bras oscillants supportent chacun leur roue (4). [0016] L'art antérieur des doubles bras superposés dans l'axe transversal des roues fait varier la distance entre les deux plans d'oscillation. [0017] Dans le cas de l'invention la distance (d) entre les plans d'oscillation (5) ne varie pas (propriété des bras oscillants). [0018] L'avantage de cette structure réside dans la simplicité du dessin permettant de libérer entre les roues un espace dédié à des fonctions de chargement. [0019] L'oscillation est sans limite de débattement [0020] Les fonctions mécaniques de transmission sont enchâssées dans la structure « exosquelette ». [0021] La transmission enchâssée dédoublée [0022] L'invention consiste à modifier le schéma traditionnel de transmission (évoqué dans l'art antérieur) afin d'évider l'espace entre les roues motrices. La transmission 3 s'effectue par plateau et chaîne principale (6). [0023] Celle-ci est enchâssée dans le plan de symétrie du châssis « exosquelette » (1) di- mensionné à cet effet. [0024] Elle entraine un plateau solidaire de l'arbre transversal (7) enchâssé dans l'axe des bras transversaux (2). [0025] Pour cette première partie de la transmission intégrée, la conception géométrique du châssis a toute son importance car celui-ci est dessiné afin de suivre les renvois d'angle de plateau à plateau. [0026] L'arbre transversal (7) entraine deux plateaux (8) en chaque extrémité du bras de pivot (2), dans le plan d'oscillation des bras (5). [0027] Enfin chacun de ces plateaux entraine un plateau en moyeu de roue, via une chaîne secondaire dans les bras oscillants (3). [0028] La transmission individualisée par roue permet de se libérer des contraintes d'encombrement et de cinématique d'un essieu commun d'cntrainement. [0029] Dans ce schéma de transmission intégrée et dans un but de compacité et de fiabilité, une alternative technique se présente, peu ou pas utilisée en catégorie vélo : la transmission sans chaîne dite Acatène (latin). [0030] La transmission Acatène fonctionne par arbre de transmission et renvoi d'angle par couples coniques nécessitant peu d'entretien. [0031] A partir du plateau (8) dans l'axe de pivot (2), l'arbre transversal de transmission (7) s'équipe de couples coniques (18) en ses extrémités correspondant aux extrémités de l'axe transversal de pivot (2). Ceux-ci entraînent un arbre secondaire (19) enchâssé dans son bras oscillant (3). Celui-ci entraîne un couple conique (18) solidaire du moyeu de roue. [0032] Grâce à la propriété des bras oscillants les angles de renvoi ne vat-lent pas et permettent d'utiliser la transmission Acatène. [0033] Le dessin des couples coniques (angle des cônes) permet de définir un rapport de dé- multiplication. [0034] Par analogie biologique, l'invention est comparable à un exosquelette par sa qualité d'exostructure intégrant les fonctions de transmission, par opposition à l'art antérieur faisant appel à une endostructure (endosquelette) supportant des pièces mobiles dispersées, apparentes et monofonction. [0035] l'amortissement à variation d'angle [0036] Les bras oscillant (3) sont amortis chacun par un bras amortissant (15 et 16) oblique et solidaire du châssis (1) sur son axe de symétrie. [0037] Considérons cet ensemble. Principe cinématique : [0038] Pour incliner le tricycle chaque roue oscille, l'une vers le haut en intérieur virage l'autre vers le bas en extérieur virage clans un plan vertical et. longitudinal au véhicule (5). Les bras amortissants dits « jambes de forces » (15 et 16) subissent alors des contraintes de compression (intérieur virage) et de détente (extérieur virage). [0039] Afin de maintenir la stabilité en position inclinée, les roues n'étant pas sur l'axe de symétrie du véhicule et selon le principe physique d'action/réaction, chaque jambe de forces doit pouvoir conserver sa force de poussée générant une force de contre poussée assurant la liaison au sol. [0040] Tricycle à la verticale : les jambes de forces sont en pression maximum de charge utiles (passagers, bagages...). Par symétrie supposée des forces, le véhicule est à l'équilibre. [0041] À l'inclinaison : se pose le problème de compression du ressort intérieur virage (qui est déjà en pression maximum de charge utile) et de détente du ressort extérieur virage qui subit une perte de poussée au risque de ne plus assurer la liaison au sol. Solution proposée [0042] Les deux jambes de forces (15 et 16) sont solidaires en un point haut (17) supportant le châssis (1) sur son axc de symétrie. [0043] Ce point de liaison (17) est mobile par roulement sur un rail de guidage transversal (14) solidaire du châssis (1). [0044] Cette mobilité est assuré par unc roulette type roue de skateboard. [0045] Les forces de contrepoussé se rejoignent et se compensent en ce même point de liaison mobile constituant le point de support des masses suspendues (châssis/équipements et charge utile). [0046] A l'inclinaison du tricycle, l'axe de symétrie de l'ensemble amortissant reste de cc fait très proche de la verticale avec pour effet de maintenir chaque amortisseur dans sa tolérance de compression/détente (amplitude de travail). [0047] Autres avantages : [0048] Les extrémités du rail constituent par elles-mêmes des butées de fin course (13) permettant de régler l'inclinaison maximum du tricycle (et à l'extrême de la verrouiller). Un cintrage du rail, plus ou moins prononcé, permet de choisir les tarages de compression et de détente (plus il est cintré, plus la [0049] compression du bras intérieur est importante et plus la détente du bras extérieur est limitée en perte de contrepoussée). [0050] Autre fonction du système : une déformation en léger « nid de poule » (12) au point de symétrie du rail permet au mécanisme de se verrouiller naturellement par la résistance exercée sur la roulette de guidage (17). Cette résistance stabilisatrice n'intervient qu'en position verticale du tricycle et permet au conducteur de ne pas mettre le pied à terre à l'arrêt. [0051] En roulage, le simple effet d'inertie à l'inclinaison déloge la roulette de son « nid de poule » (12) et libère ainsi le mécanisme permettant l'inclinaison du tricycle. [0052] On le voit, nul besoin de mécanisme compliqué de contrôle d'inclinaison ou d'aide à la remontée (capteurs, vérins, moteurs, calculateurs, etc.), les forces naturelles en action, centrifuge (9), centripète (10) et gyroscopique (11) suffisent par nature à simplifier la chose, les règles d'équilibre et d'amortissement restant les mômes que celle du deux roues. [0053] Cette solution technique fait appel à un élément simple (mil de guidage et roulette) niais intégrant plusieurs fonctions par sa conception structurelle : [0054] - guidage, lien châssis/jambes de forces [0055] - stabilité verticale [0056] - ajustement des fins courses paramétrant l'inclinaison maximum souhaitée [0057] - tarage des amortisseurs selon le degré de cintrage Présentation des figures [0058] [fig.1] châssis pendulaire et sa transmission, vue côté [0059] [fig.2] châssis pendulaire et sa transmission, vue dessus [0060] [fig.3] existant transmission Acatène [0061] [fig.4] existant transmission Acatène [0062] [fig.5] vue arrière position verticale [0063] [fig.6] vue arrière position inclinée [0064] [fig.7] amortissement à variation d'angle, verticale, inclinée [0065] [fig.8] dessin tandem [0066] [fig.9] dessin gabarit [0067] [fig.10] dessin déclinaisons [0068] [fig.11] dessin usage solo [0069] [fig.12] dessin usage facteur [0070] [fig.13] dessin déclinaisons de gamme [0071] [fig.14] photos maquettes échelle 1/3, tandem assis et cargo/livraison [0072] L'ensemble est formé en alliage d'acier ou d'aluminium selon les contraintes struc- turelles et de coût de production. [0073] Lc châssis est en U inversé afin d'accueillir les plateaux d'entrainemcnt et leur supports. [0074] Celui-ci peut être soit en tôle emboutie assurant un rôle structurel soit sous forme de treillis tubulaire avec habillage en feuille d'aluminium non structurelle. [0075] Une réservation est faite afin de prévoir le passage de l'arbre de transmission à l'emplacement des bras transversaux. [0076] Les bras transversaux cylindriques sont soudés au châssis. [0077] L'arbre de transmission transversal est enchâssé sur paliers dans les bras 6 transversaux. [0078] Les bras oscillants reprennent le principe du châssis en U inversé (exosquelette) et intègrent les plateaux en extrémités de l'arbre transversal et en moyeux de roues. [0079] Dans le cas d'une transmission acatène, les bras oscillants enchâssent un arbre de transmission équipé de couples coniques en extrémités de l'arbre transversal et en moyeux de roues. [0080] Les bras oscillants sont soudés à un tube cylindrique (femelle) qui s'emboitc par graissage sur les bras transversaux (mâle) qui abritent l'arbre commun de transmission. Enfin la roue est entrainée par un axe/moyeu solidaire du plateau enchâssé dans l'extrémité du bras oscillant. [0081] Dans le cas d'une transmission acatène, le moyeu est solidaire d'un axe sur roulement entrainé par le couple conique. [0082] L'ensemble amortissants est constitué de deux jambes de forces montées sur pivot et intégrant chacune un amortisseur à compression. Celles-ci se rejoignent sur un axe de pivot comportant une roulette. Le mil de guidage cst soudé au châssis. [0083] Les rangements sont réalisés sur mesures en fonctions du véhicule, sous forme de caissons en polyéthylène thermoformé ou sous forme de casiers en toile élastique selon l'implantation ergonomique. Résumé de l'invention [0084] Lc champ d'applications industrielles de l'invention est vaste puisque le marché du tricycle est peu développé faute d'innovation. L'invention fait appel à une technique simple autorisant des déclinaisons fonctionnelles et ergonomiques telles que l'intégration de passagers, de protections vent/pluie, d'options d'assises et de chargements divers en position basse pour un rabaissement du centre de gravité améliorant ainsi la tenue de route, la sécurité et le confort. [0085] Ainsi optimisés ces tricycles serviraient tant aux particuliers à la recherche de sécurité et de confort qu'aux collectivités ou professionnels, notamment dans le domaine de la livraison colis en constante augmentation où les plateformes logistiques sont confrontées au problème du « dernier kilomètre » à l'empreinte carbone décuplée. [0086] Les longues virées tandem, les déplacements avec bagages, outils, charges diverses, livraisons de colis et les sorties sécurisées « d'ado » deviennent écologiques et économiques, en sécurité par tout temps dans un véhicule compact et stable. [0087] L'assistance électrique est une composante incontournable des véhicules alternatifs de demain. Celle-ci est bien sur compatible avec la présente invention par l'intégration de moteurs en moyeu de pédalier ou en moyeux de roues. [0088] L'invention garde tout son intérêt dans le cas des véhicules tricycles purement électriques. Affranchis et allégés de la transmission humaine enchâssée/dédoublée, ces 7 tricycles conservent les avantages de la structure roulante pendulaire « évidée » et de son amortissement mobile à variation d'angle permettant toutes les possibilités fonctionnelles sus évoquées mais à des vitesses supérieures dans la catégorie « plus de 25kms/h ». [0089] Les pédaliers seraient alors conservés à des fins de production électrique grâce à un générateur, les batteries seraient proprement rechargées par l'effort musculaire. 8