Brevet FR3086634A1 — publié le 20200403

La présente invention se rapporte à un dispositif de modulation d'une puissance pour simuler un entrainement à la performance cycliste qui est utilisable sur une bicyclette circulant sur route. Généralement, un cycliste sportif amateur ou professionnel, s'il veut progresser (ou maintenir sa forme) doit s'astreindre à s'entrainer régulièrement et suivant des exercices spécifiques qui vont faire évoluer notamment la puissance qu'il est capable de délivrer pendant des durées données. Ainsi, par exemple, pour faire progresser sa PMA (Puissance Maximale Aérobie c'est-à-dire la puissance délivrée à la consommation d'oxygène maximale), il convient de faire des exercices en roulant à des niveaux de puissance proportionnels à cette PMA (par exemple, après échauffement, des séquences alternant des passages de 30 sec à 125% de la PMA suivis de passages de 30 sec à 60% de la PMA). Ce type d'exercice peut se réaliser facilement sur un dispositif d'entrainement physique à domicile (communément appelé « home traîner » en anglais), si tant est que l'équipement dispose d'un capteur de puissance et soit pilotable en puissance. Le document WO 9823332 Al décrit un procédé et un dispositif pour simuler les efforts de pédalages en fonction d'un type de parcours quelconque. Ce dispositif est destiné notamment à l'entrainement pour cyclistes et à la rééducation sur bicyclette et il peut simuler notamment des pentes, des descentes et afficher un certain nombre d'information sur un écran de téléviseur (aujourd'hui d'ordinateur, de smartphone ou de tablette numérique). En outre il permet un pilotage de la charge du home traîner de façon réaliste tant en mode « frein » qu'en mode « moteur ». Cependant, l'inconvénient d'un tel dispositif est qu'il est statique et ne peut être intégré à une bicyclette circulant sur une route. L'exercice doit nécessairement être réalisé à 25 domicile. Ceci implique d'autres inconvénients qui sont notamment les bruits générés en appartement et qui peuvent gêner le voisinage, le manque de ventilation en intérieur qui implique une température du corps plus élevée, une forte sudation et des pertes minérales fortes. 30 Une alternative consiste à tenter de réaliser ces exercices sur route. Dans ce cas, la difficulté pour le cycliste est de pouvoir réguler sa puissance délivrée alors que les conditions varient (vent, pente, résistance au roulement etc...). La moindre variation d'un de ces paramètres fait varier fortement la puissance nécessaire pour se déplacer à une vitesse donnée. Ainsi, il est quasiment impossible de délivrer 250 watts dans une descente sans vent à 10% (sauf à rouler à 100 km/h) alors que dans une côte à 10% ces mêmes 250 watts ne suffisent pas pour atteindre 10 km/h. Un exemple d'un dispositif intégré sur une bicyclette est décrit dans le document FR2586575 qui est un programmateur d'efforts pour l'entrainement du cycliste. 5 Il s'agit d'un appareil démontable permettant au cycliste d'appliquer sur sa bicyclette une résistance pouvant être programmée mécaniquement en fonction du kilométrage. Ce système peut être utilisé sur la route ou sur rouleaux. La résistance est appliquée par un système de galet venant s'appuyer sur la roue arrière, le galet étant plus ou moins freiné selon la résistance ou l'effort souhaité. 10 Bien qu'un tel dispositif soit démontable, utilisable sur route et programmable mécaniquement pour appliquer une résistance pouvant varier en fonction du point kilométrique, il ne permet toutefois pas d'appliquer une force motrice, ni de piloter en puissance ou en fréquence cardiaque. Il ne permet pas non plus l'affichage et l'enregistrement des données. 15 La présente invention vise ainsi à remédier aux inconvénients énumérés ci-dessus et notamment vise à proposer un dispositif démontable et facile d'installation, permettant d'être utilisable sur route, et permettant de moduler une puissance à délivrer selon des paramètres extérieurs et selon un profil de puissance souhaité. 20 Ainsi, pour atteindre au moins les objectifs susvisés, parmi d'autres, la présente invention propose, selon un aspect, un dispositif de modulation d'une puissance fournie par un cycliste pour l'entraînement et la mesure d'efforts physiques adapté à fonctionner avec une bicyclette et l'invention se caractérise en ce qu'il comprend un dispositif moteur fixable sur la bicyclette pour fournir un couple moteur, un dispositif de freinage fixable sur la bicyclette pour fournir un couple de freinage, et un dispositif de contrôle et de pilotage des dispositifs moteur et de freinage configuré pour fournir une donnée de consigne. L'effet d'avoir un dispositif totalement fixable à une bicyclette est qu'il est utilisable sur route et permet de moduler une puissance à délivrer selon des paramètres extérieurs en circulant sur une route. Selon un mode de réalisation, le dispositif moteur et/ou de freinage est fixable sur un moyeu d'une roue de ladite bicyclette. De cette manière, le dispositif est facilement et rapidement démontable, facile d'installation et permet à un cycliste de conserver son vélo ce qui a pour effet d'avoir un gain sur les coûts. 5 Selon un mode de réalisation, le dispositif moteur et/ou de freinage est fixable sur un pédalier de ladite bicyclette. L'effet de positionner le dispositif moteur et/ou de freinage sur un pédalier est notamment d'avoir un gain en encombrement. 10 Selon un mode de réalisation, le dispositif moteur et/ou de freinage est fixable sur un système de transmission de ladite bicyclette. Typiquement ce système de transmission peut être une chaine de vélo. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend une batterie pouvant délivrer ou 15 stocker une énergie. L'effet d'une telle batterie est de récupérer de l'énergie produite lors du fonctionnement de la bicyclette ou d'alimenter en énergie les différents éléments fonctionnant électriquement. 20 Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un dispositif de mesure de la puissance fournie par le cycliste. Un tel dispositif permet au dispositif de contrôle et de pilotage des dispositifs moteur et de freinage de connaitre la puissance instantanée fournie par le cycliste et permet d'adapter le pilotage en fonction de la donnée de consigne. 25 Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un dispositif de mesure de la vitesse de déplacement de ladite bicyclette. Un tel dispositif permet de calculer la puissance fournie par le cycliste. 30 Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un dispositif de mesure de la cadence de pédalage et un dispositif de calcul d'un rapport de démultiplication. De même, un tel dispositif permet de calculer la puissance fournie par le cycliste. L'effet d'une telle configuration est de pouvoir avoir un dispositif permettant un découplage entre la puissance fournie par le cycliste, un profil de la route et de la vitesse de déplacement. La vitesse de déplacement étant la résultante de la vitesse de rotation des jambes et du rapport de démultiplication, et la puissance nécessaire étant la somme de la puissance fournie par le cycliste et celle (positive ou négative) fournie par le dispositif moteur. 5 Selon un mode de réalisation, la donnée de consigne est composée de cycles de puissance programmés en fonction du temps. Selon un mode de réalisation, la donnée de consigne est composée de cycles de puissance programmés en fonction d'une distance. 10 Selon un mode de réalisation, la donnée de consigne est une fonction d'une fréquence cardiaque d'un utilisateur. Selon un mode de réalisation, la donnée de consigne est un profil de route à 15 simuler. Selon un mode de réalisation, le dispositif de contrôle et de pilotage est un smartphone ou un système commercial type compteur géolocalisé GPS. 20 Présentation succincte des figures D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un exemple non limitatif de réalisation, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après où : 25 La figure 1 illustre un dispositif de modulation d'une puissance selon l'invention ; La figure 2 illustre un graphique représentant les variations d'une puissance fournie et les compensations effectuées par le dispositif avec une puissance cible de 250W ; La figure 3 illustre un graphique représentant un programme de cycle de puissance à fournir selon un temps ; 30 La figure 4 illustre des graphiques d'exemples de gestion de profil de puissance variable ; La figure 5 illustre un graphique d'un profil de puissance réalisé par le cycliste en suivant un profil programmé ; La figure 6 illustre un graphique d'un profil de puissance en fonctionnement dans un 35 mode de la limitation de la puissance maximale délivrée par le cycliste ; La figure 7 illustre un graphique d'un profil de puissance en fonctionnement dans un mode de limitation de la fréquence cardiaque maximale d'un cycliste. Description détaillée de l'invention 5 D'une manière générale et selon l'invention, un dispositif de modulation d'une puissance fournie par un cycliste pour l'entraînement et/ou la mesure d'efforts physiques comprend un dispositif moteur pour fournir un couple moteur, et un dispositif de freinage pour fournir un couple de freinage. Le dispositif de modulation comprend en outre un dispositif de contrôle et de pilotage 10 des dispositifs moteur et de freinage. Ce dispositif de contrôle et de pilotage est configuré pour fournir une donnée de consigne et donc pour piloter les dispositifs moteur et de freinage. Comme visible à la figure 1 qui représente le dispositif de modulation dans un mode de réalisation, ledit dispositif comprend le dispositif moteur 2 qui est fixé sur une bicyclette 1 et 15 plus particulièrement sur une roue 4 de la bicyclette 1. Plus précisément le dispositif moteur 2 est fixé sur la roue arrière et permet de fournir un couple moteur au niveau de la roue arrière dans un mode propulsion. Cette roue arrière comprend un moyeu 5 et selon l'invention le dispositif moteur 2 est intégré au niveau du moyeu 5. Dans un autre mode de réalisation de l'invention également visible à la figure 1, la bicyclette 1 comprend un pédalier 20 6 qui intègre le dispositif moteur 2. Dans des variantes de réalisation, non représentées, le dispositif moteur 2 est fixé sur la roue avant de la bicyclette 1 au niveau du moyeu 5 de manière à fournir un couple moteur au niveau de la roue avant dans un mode traction ou il est fixé sur les deux roues de la bicyclette 1. 25 Le dispositif de freinage 3 est également fixé sur la bicyclette 1 pour fournir un couple de freinage. Dans le mode de réalisation préféré de la figure 1 ce dispositif de freinage 3 est intégré sur la bicyclette 1 au niveau de la roue arrière. Plus précisément, il est intégré au niveau du moyeu 5 de la roue. Dans une variante de réalisation également visible à la figure 1, la bicyclette comprend des freins arrière 7 qui intègrent le dispositif de freinage 3. Le 30 dispositif de freinage 3 peut également être intégré au niveau du pédalier 6. Dans des variantes de réalisation, non représentées, le dispositif de freinage 3 est intégré sur la roue avant de la bicyclette 1, soit au niveau du moyeu 5, soit couplé aux freins de la roue avant. Afin de piloter les dispositifs moteur et de freinage, la bicyclette 1 comprend un dispositif de contrôle et de pilotage 8. Celui-ci est intégré au niveau du guidon 9 de la bicyclette 1. Il permet ainsi d'être facilement accessible à un utilisateur et il a pour but d'avoir en entrée des données de consigne de profils de puissance. Naturellement, il est relié au 5 dispositifs moteur 2 et de freinage 3 ou à la batterie 11 par tous moyens connus tels que des liaisons filaires ou des liaisons sans fils. De manière non limitative, ce dispositif de contrôle et de pilotage 8 est un smartphone ou un système commercial type compteur géolocalisé GPS. 10 Afin que le dispositif de contrôle et de pilotage 8 fonctionne au mieux, des données sont acquises via des dispositifs de mesure. Ainsi on peut rencontrer des dispositifs remontant des données telles que la puissance, la vitesse, la cadence de pédalage, la fréquence cardiaque, l'altitude, le positionnement GPS en fonction du temps. A cet effet, le dispositif de modulation d'une puissance comprend un dispositif de 15 mesure directe de la puissance fournie par le cycliste ou indirecte, c'est-à-dire fournie par un dispositif de mesure de la vitesse de déplacement de ladite bicyclette, et un dispositif de mesure de la cadence de pédalage (non représentés). La puissance est alors calculée à partir d'un rapport de démultiplication. Le dispositif de modulation comprend en plus une batterie 11 pouvant délivrer ou 20 stocker une énergie récupérée lors d'un déplacement. Les dispositifs moteur et de freinage de la bicyclette 1 sont pilotés par le dispositif de contrôle et de pilotage 8 suivant une consigne précise. Cette consigne est véhiculée dans une donnée de consigne transmise par le dispositif de contrôle et de pilotage 8 aux dispositifs moteur et de freinage de la bicyclette 1. 25 De manière non limitative, cette donnée de consigne est composée de cycles de puissance programmés en fonction du temps ou est composé de cycles de puissance programmés en fonction d'une distance. Dans une autre version la donnée de consigne est une fonction de la fréquence cardiaque (FC) du cycliste permettant, pour la pratique sportive, des exercices physiques 30 dans des zones de FC données (pratique sportive). Il pourra aussi, pour des personnes en situation de retour à une activité physique après une maladie, ou souffrant de problème cardiaque limiter ou réguler la puissance fournie par le cycliste sur la base d'une valeur limite de puissance ou tout simplement de fréquence cardiaque. Les cas suivants sont des modes de fonctionnement du dispositif selon différentes valeurs de consigne. Comme déjà énoncé, le dispositif consiste à réguler, à une valeur donnée, la puissance fournie par le cycliste quelques soient les conditions de route (pente, vent, 5 résistance au roulement du revêtement de route...). En outre, la vitesse de déplacement étant proportionnelle à la cadence de pédalage et au rapport de développement, un cycliste pédalant par exemple à 85 tr/min sur une démultiplication de 50x15 roule environ à 35 km/h. Sur le plat, pour un poids total de 80 kg, la puissance nécessaire est d'environ 250 watts. Si le cycliste souhaite rouler à cette puissance constante, l'invention permet d'apporter le 10 surcroît de puissance (par le dispositif moteur) nécessaire au déplacement si la puissance nécessaire est supérieure ou bien, à l'inverse, l'invention freine (par le dispositif de freinage) l'ensemble cycliste + vélo si la puissance nécessaire est plus faible. La figure 2 est un premier exemple où la valeur de la donnée de consigne est de 250 W sur un parcours de 3,5 km. La puissance nécessaire pour déplacer l'ensemble cycliste + 15 vélo est donnée par la courbe (Bh), la vitesse donnée est représentée sur la courbe (Bb) et le déplacement se fait sur une route ayant un profil de pente variable donné par la courbe (Rb). L'invention permet au cycliste de rester à une puissance constante de 250 Watts visible à la courbe (R) en apportant la puissance différentielle qui est donnée par la courbe (V). 20 Les figures 3 à 5 représentent un deuxième exemple d'un cycle de puissance programmée. Dans ce cas l'invention permet au cycliste de programmer, en fonction du temps, différents niveaux de puissance auxquels il souhaite rouler. L'invention, comme dans l'exemple précédent, fournit de la puissance ou freine l'ensemble cycliste + vélo comme représenté à la figure 4 et comme indiqué à la figure 5, qui représente des courbes de 25 puissance (P) et fréquence cardiaque (F), le cycliste effectue bien l'exercice prévu indépendamment des conditions de route. Un troisième exemple représenté sur la figure 6 consiste à limiter la puissance maximale fournie par le cycliste. Dans ce cas l'invention permet de limiter la puissance fournie par le cycliste à une 30 valeur choisie. Le système, en fonction du rapport de démultiplication, de la cadence de pédalage, du profil de route détermine la puissance totale nécessaire au déplacement visible sur la courbe (B) de la figure 6. En fonction de la puissance fournie par le cycliste courbe (V) de la figure 6 et du plafond de puissance fixé par le cycliste (150 watts dans l'exemple), le système délivre la compensation de puissance représenté sur la courbe (R). Un quatrième exemple consiste à rouler en suivant un profil de route différent de la route réelle. Dans cet exemple, le système simule un profil de route différent du profil réel et l'effort que doit fournir le cycliste ne correspond plus à l'effort nécessaire au déplacement sur la 5 route réelle mais à celui lié au profil simulé et à sa vitesse de déplacement. Il est ainsi possible par exemple de rouler sur route plate en simulant la montée d'un fort pourcentage (montée d'un col) ou encore, à l'inverse, de simuler le déplacement sur une route plate alors que la route réelle monte. Un cinquième exemple représenté sur la figure 7, consiste à rouler en limitant la 10 fréquence cardiaque. Dans cet exemple, le système décrit par l'invention permet de limiter l'effort fait par le cycliste en ayant pour cible une fréquence cardiaque maximale à ne pas dépasser. Ainsi, le système, lorsqu'il détecte un dépassement de la fréquence cardiaque maximale (fixée à 160 bpm et représenté par la courbe V), limite l'effort du cycliste en compensant la différence 15 entre la puissance nécessaire au déplacement (Courbe R) et la puissance limitée (courbe Vt). Ceci empêche le cycliste de voir sa fréquence cardiaque continuer à croître au-dessus de la valeur plafond (Courbe B). Un sixième exemple consiste à fixer la fréquence cardiaque du cycliste dans une plage donnée, qui est variable ou non. 20 Dans cet exemple, le système décrit par l'invention apporte une puissance supplémentaire ou au contraire une résistance au déplacement du cycliste afin de maintenir la fréquence cardiaque de celui-ci entre une borne basse et une borne haute. Lorsque sa fréquence cardiaque descend en dessous de la valeur basse, le système freine pour accroitre l'effort du cycliste et à l'inverse, lorsque la fréquence cardiaque passe au-dessus de 25 la borne haute, le système apporte un surcroît de puissance, réduisant l'effort du cycliste. En outre, l'invention concerne une bicyclette équipée d'un dispositif de modulation selon l'une quelconque des combinaisons de caractéristiques décrites précédemment. 30 Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la forme de réalisation du dispositif de modulation, décrit ci-dessus à titre d'exemple, REVENDICATIONS1) Dispositif de modulation d'une puissance fournie par un cycliste pour l'entraînement et/ou la mesure d'efforts physiques adapté à fonctionner avec une bicyclette (1) caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif moteur (2) fixable sur la bicyclette (1) pour fournir un couple moteur, un dispositif de freinage (3) fixable sur la bicyclette (1) pour fournir un couple de freinage, et un dispositif de contrôle et de pilotage (8) des dispositifs moteur (2) et de freinage (3) configuré pour fournir une donnée de consigne aux dispositifs moteur (2) et de freinage (3). 2) Dispositif de modulation d'une puissance selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif moteur (2) et/ou de freinage (3) est fixable sur un moyeu (5) d'une roue (4) de ladite bicyclette (1). 3) Dispositif de modulation d'une puissance selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif moteur (2) et/ou de freinage (3) est fixable sur un pédalier (6) de ladite bicyclette (1). 4) Dispositif de modulation d'une puissance selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif moteur (2) et/ou de freinage (3) est fixable sur un système de transmission de ladite bicyclette (1). 5) Dispositif de modulation d'une puissance selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une batterie (11) pouvant délivrer ou stocker une énergie. 6) Dispositif de modulation d'une puissance selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de mesure de la puissance fournie par le cycliste. 7) Dispositif de modulation d'une puissance selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de mesure de la vitesse de déplacement de ladite bicyclette (1). 8) Dispositif de modulation d'une puissance selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de mesure de la cadence de pédalage et un dispositif de calcul d'un rapport de démultiplication. 10 9) Dispositif de modulation d'une puissance selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la donnée de consigne est composé de cycles de puissance programmés en fonction du temps. 5 10) Dispositif de modulation d'une puissance selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la donnée de consigne est composé de cycles de puissance programmés en fonction d'une distance. 10 11) Dispositif de modulation d'une puissance selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la donnée de consigne est une fonction d'une fréquence cardiaque d'un utilisateur. 12) Dispositif de modulation d'une puissance selon l'une des revendications 1 à 8, 15 caractérisé en ce que la donnée de consigne est un profil de route. 13) Dispositif de modulation d'une puissance selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le dispositif de contrôle et de pilotage (8) est un smartphone ou un système commercial type compteur GPS. 14) Bicyclette pour l'entraînement et/ou la mesure d'efforts physiques d'un cycliste, caractérisée en ce que la bicyclette comporte un dispositif de modulation de puissance selon l'une des revendications précédentes. 20 25