Brevet FR3158698A1 — publié le 20250801

Pédale de cycle de mesure des efforts appliqués par un cycliste sur ladite pédale lors du pédalage Pédale de cycle de mesure des efforts appliqués par un cycliste sur ladite pédale lors du pédalage, ladite pédale comportant : un axe de pédale agencé pour être relié à une manivelle de pédalier, un corps de pédale monté rotatif sur l’axe de pédale, un dispositif de mesure d'efforts développés par le cycliste sur ladite pédale, comportant : une pluralité de jauges de déformation aptes chacune à détecter au moins partiellement une force dans un plan perpendiculaire à l’axe de pédale et à fournir un signal fonction de ladite jauge, lesdites jauges étant agencée pour former au moins un premier circuit de mesure, au moins deux jauges dudit circuit de mesure étant agencées pour mesurer des forces respectives non colinéaires, une unité de traitement des signaux fournis par lesdites jauges. Figure pour l’abrégé : Figure 1 Pédale de cycle de mesure La présente invention concerne une pédale de cycle utilisée pour mesurer les efforts appliqués sur la pédale lors du pédalage. Arrière-plan technologique Les pédales de cycle permettent d'étudier les différentes variables du pédalage telles que la fréquence, la puissance, les forces appliquées par les membres inférieurs du cycliste, l'efficacité ou encore le rendement mécanique. Les pédales de ce type comportent de manière classique un dispositif de mesure des efforts développés par un cycliste sur la pédale de cycle. Les dispositifs de mesure de l’effort d’un cycliste utilisent des capteurs de types différents tels que les extensomètres formés par des jauges de contraintes. Ils peuvent être appliqués sur des éléments du cycle tel que les roues, les manivelles du pédalier, l'axe de pédalier et les axes de pédale. Les signaux fournis par les capteurs sont ensuite transmis à des moyens électroniques de traitement de signaux pour être traités et convertis en signaux pouvant être utilisés par un dispositif d'affichage pour montrer les valeurs des efforts détectés. De manière générale, les dispositifs de mesure comportent un ou plusieurs circuits de mesure électrique en pont de Wheatstone. Chaque circuit comporte de manière classique une ou deux paires de jauges de déformation. Les jauges de chaque paire sont disposées diamétralement opposées l'une à l'autre sur la surface périphérique externe de l'axe de pédale. Une telle disposition est décrite notamment dans les demandes FR2950428 et FR3078158. D’autres agencements des jauges sont proposés dans l’art antérieur. Les documents EP2304403B1 et EP3999828B1 décrivent par exemple des dispositifs de mesure dans lesquels les jauges de déformation d’un même circuit de mesure en pont sont disposées dans un même plan. Il existe un besoin d’améliorer encore les pédales de cycle, notamment pour améliorer la précision de mesure des efforts appliqués sur celles-ci et en diminuer le coût. L’invention vise à répondre à cet objectif, et a pour objet, une pédale de cycle de mesure des efforts appliqués par un cycliste sur la pédale lors du pédalage, ladite pédale comportant : un axe de pédale agencé pour être relié à une manivelle de pédalier, un corps de pédale monté rotatif sur l’axe de pédale, un dispositif de mesure d'efforts développés par le cycliste sur ladite pédale comportant : une pluralité de jauges de déformation aptes chacune à détecter au moins partiellement une force dans un plan perpendiculaire à l’axe de pédale et à fournir un signal fonction de ladite jauge, lesdites jauges étant agencées pour former au moins un premier circuit de mesure, au moins deux jauges dudit circuit de mesure étant agencées pour mesurer des forces respectives non colinéaires, une unité de traitement des signaux fournis par lesdites jauges. Contrairement aux pédales de mesure de l’art antérieur, les jauges de déformation d’un même circuit de mesure selon l’invention ne sont pas placées diamétralement opposées ni dans le même plan. Par conséquent, l’effort appliqué par l’utilisateur sur le corps de la pédale ne fait pas varier les résistances desdites jauges de déformation de la même façon. Aussi, une telle disposition des jauges de déformation permet d’identifier les caractéristiques propres à chaque jauge utilisée et donc leur comportement individuel. La connaissance des comportements individuels des jauges est utile pour corriger la mesure des efforts développés sur la pédale en tenant compte des changements de température. La calibration du dispositif de mesure peut donc comporter deux étapes de calcul, effectuées à partir de données collectées à l’aide d’un banc de calibration, consistant à : - déterminer la force subie par le dispositif de mesure en fonction des signaux électriques des circuits de mesure, et - calculer le comportement de chaque jauge de déformation de chaque circuit de mesure. Cette étape de calibration permet de calculer les erreurs de mesure susceptibles d’être introduites notamment par les changements de température. La mesure des efforts développés sur la pédale s’en trouve ainsi améliorée. Cette deuxième étape est rendue possible grâce à l’architecture décrite dans [00009]. Dans l'état de l'art, la détermination de l'influence de variations de température sur la valeur des signaux de mesure est obtenue de façon directe en soumettant le dispositif à des variations de températures contrôlées en laboratoire et en observant le changement de signal. Plusieurs types de jauges de déformation peuvent être utilisés. Au moins une jauge de la pluralité des jauges de déformation peut être une jauge de cisaillement. Au moins une jauge de la pluralité des jauges de déformation peut être une jauge de flexion. De préférence, les jauges de la pluralité des jauges de déformation sont agencées pour former une pluralité de circuits de mesure distincts, au moins deux jauges de chacun desdits circuits de mesure étant agencées pour mesurer des forces respectives non colinéaires. Par exemple, les jauges de la pluralité des jauges sont agencées de manière à former deux circuits de mesure distincts tels que décrits plus haut. Deux circuits de mesure sont considérés distincts dès lors qu’ils utilisent chacun une jauge de déformation différente de l’autre. Au moins deux circuits de mesure distincts de ladite pluralité des circuits de mesure peuvent comporter au moins une jauge de déformation commune. Autrement dit, au moins une jauge de déformation est commune à ces deux circuits de mesure. Cela peut permettre d’obtenir un nombre de circuits suffisant pour le calcul de l’effort précité en utilisant un nombre réduit de jauges de déformation. Par exemple, pour un nombre de circuits de mesure similaire à celui des dispositifs de mesure conventionnels, le nombre de jauges de déformation peut être moindre. En réduisant le nombre de jauges utilisées, le coût de fabrication de la pédale à mesure d’effort se trouve réduit. Inversement, cela permet d’accroître le nombre de circuit de mesure utilisés pour un nombre de jauges identique, voire inférieur aux pédales de mesure connues. Le recours à plusieurs circuits de mesure permet de réduire le bruit, la mesure de l’effort s’en trouve par conséquent améliorée. Au moins un circuit de mesure est un demi-pont, notamment un demi-pont de wheastone. Au moins un circuit de mesure est un pont complet, notamment un pont de wheastone. La pluralité des jauges de déformation peut comporter un nombre impair de jauges de déformation. Dans des modes de réalisation, les jauges de la pluralité de jauges sont disposées sur l’axe de pédale, lesdites jauges étant notamment réparties autour de l’axe de pédale. En variante, les jauges de la pluralité de jauges sont disposées à l’intérieur de l’axe de pédale. Les jauges peuvent être en contact avec la surface extérieure de l’axe de pédale, notamment fixées sur ladite surface, par exemple par collage. En variante, les jauges de déformation sont portées par un support lui-même disposé sur l’axe de pédale. Dans des modes de réalisation, les jauges sont fixées sur un substrat distinct de l’axe de pédale. Ce substrat peut être lui-même fixé sur la surface externe de l’axe de pédale ou inséré à l’intérieur dudit axe. Dans des modes de réalisation, l’axe de pédale comporte au moins une portion plane et une portion cylindrique diamétralement opposées, la portion plane étant au regard de ladite portion cylindrique par rapport au centre de l’axe de pédale. Par exemple, l’axe de pédale comporte trois portions planes alternant avec trois portions cylindriques, chacune des portions planes étant au regard avec l’une des portions cylindriques par rapport au centre de l’axe de pédale. De préférence, les jauges de déformation sont disposées chacune sur une desdites portions planes. La présence des faces planes permet d’utiliser des jauges de déformation de taille plus grande que celles utilisées dans les pédales de mesure conventionnelles. Cela permet notamment d’augmenter la précision de la mesure. L’unité de traitement peut comporter des moyens électroniques de traitement regroupés sur au moins une carte électronique et recevant les signaux des jauges de déformation en vue de leur traitement. L’unité de traitement peut comporter en outre une source d’alimentation telle qu’une batterie, notamment rechargeable. Le dispositif de mesure peut comporter en outre un module d’émission comportant une antenne apte à émettre des données de mesure vers un dispositif d’affichage ou d’enregistrement avec une capacité d’affichage en temps réel. De préférence, le dispositif d'affichage est un dispositif d'affichage embarqué permettant au cycliste d'être informé en temps réel des efforts qu'il développe lors du pédalage . L’invention a encore pour objet un procédé de calibration d’une pédale de mesure selon l’invention, dans lequel on détermine pour chaque jauge de déformation un ou des coefficients de calibration. Brève description des figures La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée. Sur les figures annexées : FIG. 1 La FIG. 1 est une vue éclatée en perspective montrant un corps de pédale, un axe de pédale et une manivelle de cycle avant assemblage; FIG. 2 La FIG. 2 illustre séparément l’axe de pédale de la FIG. 1 ; FIG. 2 La FIG. 2 est une coupe transversale de l’axe de pédale de la FIG. 2 ; FIG. 3 La FIG. 3 représente schématiquement et partiellement une coupe transversale de l’axe de pédale selon l’invention; FIG. 4 et FIG. 4 Les figures 4A et 4B sont des schémas de circuits de mesure d’un dispositif de mesure selon l’invention ; FIG. 5 La FIG. 5 représente schématiquement et partiellement une coupe transversale de l’axe de pédale selon un deuxième mode de réalisation; FIG. 6 La FIG. 6 représente des schémas de circuits de mesure d’un dispositif de mesure selon le deuxième mode de réalisation; FIG. 7 La FIG. 7 est une vue en perspective d’un axe de pédale selon un troisième mode de réalisation; FIG. 8 et FIG. 8 Les figures 8A et 8B sont des coupes transversales de l’axe de pédale de la FIG. 7 ; FIG. 9 La FIG. 9 représente une autre variante de l’axe de pédale selon l’invention; FIG. 10 , FIG. 10 Les figures 10A-B sont des coupes transversales de l’axe de pédale de la FIG. 9 ; FIG. 11 La FIG. 11 représente des schémas de circuits de mesure du dispositif de mesure selon la FIG. 9 ; FIG. 12 La FIG. 12 représente, en coupe transversale, une autre variante d’un axe de pédale selon l’invention; et FIG. 13 La FIG. 13 représente des schémas de circuits de mesure du dispositif de mesure selon la FIG. 7 . Description de mode(s) de réalisation Dans les figures, et à moins qu’il n’en soit disposé autrement, les éléments identiques porteront les mêmes signes de référence. On a illustré à la FIG. 1 une pédale de mesure 1 selon l’invention. La pédale 1 comporte un corps de pédale 10 destiné à être monté sur un axe de pédale 12. Comme illustré, l’axe de pédale 12 s’étend le long d’un axe d’élongation A et est pourvu à l'une de ses extrémités d'un premier filetage 13 adapté pour coopérer avec un taraudage prévu dans un trou traversant de fixation 3 à l'extrémité libre d'une manivelle de pédalier 2. L'autre manivelle n'est pas montrée sur les figures, mais elle est identique à celle montrée, alors qu'elle s'étend dans le sens opposé. Le corps de pédale 10 est, de manière classique, monté rotatif sur l'axe de pédale 12 à l'aide d'une douille à aiguilles 19 et d'un roulement disposés dans une partie transversale creuse 11 du corps de pédale 10. Pour finaliser le montage, une vis 17 est vissée dans un taraudage prévu à l'extrémité correspondante de l'axe de pédale 12 pour limiter le mouvement longitudinal du corps 10 sur l’axe 12. Un bouchon 14 est disposé à l'extérieur de la vis 17 pour fermer l'extrémité de la partie transversale creuse 11 du corps de pédale 10. La pédale de mesure 1 comporte en outre un dispositif de mesure 20 permettant de mesurer l’effort F développé par un cycliste sur la pédale de mesure 1 lors du pédalage. Le dispositif de mesure comporte une pluralité de jauges de déformation 24 agencées aptes à détecter au moins partiellement l'effort F dirigé perpendiculairement à l'axe 12 de pédale et à fournir un signal fonction de l'effort détecté. Le dispositif de mesure 20 comporte en outre une unité de traitement des signaux reçus. Comme illustré, l’unité de traitement comporte des moyens électroniques de traitement regroupés sur au moins une carte électronique 26 et recevant les signaux des jauges de déformation 24 en vue de leur traitement. L’unité de traitement comporte en outre une source d’alimentation 27 qui est une batterie, notamment rechargeable, dans l’exemple illustré. Concernant les jauges de déformation 24, comme cela est représenté, les jauges de déformation 24 sont déposées sur la surface externe de l’axe de pédale 12, mais peuvent être disposées autrement, par exemple, à l’intérieur de l’axe de pédale 12. Dans l’exemple illustré, des surfaces de réception des jauges de déformation sont prévues sur l’axe de pédale 12. Le dispositif de mesure 20 comporte en outre un connecteur 16 entre les jauges de déformation 24. Les jauges de déformation 24 sont agencées de manière à former un ou plusieurs circuits de mesure. Chaque circuit de mesure 30 délivre une information relative à l’effort F appliqué sur la pédale de mesure 1. Dans l’exemple illustré, au moins deux circuits de mesure sont utilisés pour calculer l’effort F. Comme illustré de manière schématique sur la FIG. 3 , les jauges de déformation 24a-d de chaque circuit de mesure sont réparties autour de l’axe de pédale 12 sans position spécifique de façon à ce que l’effort F appliqué sur l’axe de pédale 12 ne sollicite pas de la même manière les jauges de déformation 24a-d d’un même circuit de mesure. L’agencement des jauges de déformation 24a-d peut être effectué selon plusieurs façons. Par exemple, on peut connecter les jauges de déformation 24 adjacentes dans un même circuit de mesure ou connecter une jauge de déformation 24 sur deux dans un même circuit de mesure. Dans l’exemple illustré à la FIG. 4 , les jauges de déformation adjacentes 24a et 24b forment un premier circuit de mesure W1 et les jauges de déformation adjacentes 24c et 24d forment un deuxième circuit de mesure W2. Dans l’exemple de la FIG. 4 , un premier circuit de mesure W’1 comporte les jauges de déformation 24a et 24c et un deuxième circuit de mesure W’2 comporte les jauges de déformation 24b et 24d. Dans le but de réduire les coûts et/ou d’améliorer la précision de la mesure de l’effort F, les circuits de mesure peuvent comporter une jauge de déformation 24 commune. Aussi, avec la disposition des jauges de déformation de la FIG. 3 , il est possible d’obtenir six circuits de mesure distincts en utilisant uniquement les quatre jauges de déformation 22a-d illustrées. De préférence, deux circuits de mesure sont utilisés pour mesurer l’effort F et les quatre circuits de mesure restants sont utilisés pour améliorer la précision. Dans le mode de réalisation illustré aux figures 5 et 6, le dispositif de mesure 20 comporte un nombre impair de jauges de déformation 24a-c, en nombre de trois dans cet exemple. Ces jauges de déformation 24a-c sont agencées pour former trois circuits de mesure distincts W’’1 à W’’3. Les jauges de déformation 24a et 24b forment un premier circuit de mesure W’’1, les jauges de déformation 24a et 24c forment un deuxième circuit de mesure W’’2 et les jauges de déformation 24b et 24c forment un troisième circuit de mesure W’’3. Comme cela est représenté à la FIG. 2 , notamment, l’axe de pédale 12 comporte une pluralité de portions planes 15a sur lesquelles les jauges de déformation 24. La présence de telles portions planes permet d’utiliser des jauges de déformation de taille plus grande. Cela permet notamment d’améliorer la précision. Les portions planes 15a alternent avec des portions cylindriques 15b, comme cela est visible à la FIG. 2 . Chaque portion plane 15a est au regard d’une portion cylindrique 15b par rapport au centre de l’axe de pédale O. Comme cela est visible, une telle forme de l’axe de pédale permet d’obtenir un diamètre quasi-constant quel que soit l’orientation de l’axe. Cela permet d’uniformiser la déformation sous charge. Dans les exemples qui viennent d’être décrits, les circuits de mesure correspondent à des demi-ponts de Wheastone. En variante, les circuits de mesure sont des ponts complets de Wheastone. Les figures 7, 8A et 8B représentent un mode de réalisation dans lequel des ponts complets sont utilisés. Le dispositif de mesure 20 comporte 6 jauges de déformation 24 a1- c 1 et 24 a2- c 2 agencées pour former trois circuits de mesure distincts W* 1 , W* 2 et W*3. Les circuits de mesure sont des ponts complets. Comme illustré, le premier circuit de mesure W* 1 comporte les jauges de déformation 24 a1 , 24 c1 , 24 a2 et 24 c2 . Le deuxième circuit de mesure W* 2 comporte les jauges de déformation 24 a1 , 24 b1 , 24 a2 et 24 b2. Le troisième circuit de mesure W* 3 comporte les jauges de déformation 24 b 1 , 24 c 1 , 24 b2 et 24 c2 . Comme cela est visible notamment sur les figures 8A et 8B, les jauges de déformation ou du même pont ne sont pas montées en opposition, ni sur le même plan. La zone de réception 15 peut présenter une forme différente de celle de la FIG. 7 . Par exemple, la zone de réception des jauges présente une section rectangulaire, comme illustré aux figures 9 à 11. Dans cet exemple, le dispositif de mesure 20 comporte huit jauges de déformation 24 a1-d1 et 24 a2-d2 agencées pour former deux circuits de mesure distincts W** 1 et W** 2 . Les deux circuits de mesure sont des ponts compets. Comme illustré, les jauges de déformation 24 a1-d1 forment un premier circuit de mesure W** 1 . Les jauges de déformation 24 a2-d2 forment un deuxième circuit de mesure W** 2 . Comme cela est visible sur la FIG. 9 à 11, les jauges de déformation 24 a1-d1 ou 24 a2-d2 du même pont W** 1 ou W** 2 ne sont pas montées en opposition, ni sur le même plan. Comme mentionné plus haut, les jauges de déformation 24 d’un même circuit de mesure selon l’invention ne sont pas placées diamétralement opposées ni dans le même plan. Aussi, l’effort appliqué par le cycliste sur le corps de la pédale ne fait pas varier les résistances desdites jauges de déformation de la même façon. Aussi, une telle disposition des jauges de déformation permet d’identifier les caractéristiques propres à chaque jauge utilisée ainsi que de son comportement individuel. Nous allons décrire dans ce qui suit un procédé de calibration d’une pédale de mesure selon l’invention. Le procédé comporte une étape d’identification des caractéristiques et/ou du comportement individuel des jauges de déformation. Cette calibration selon l’invention est une étape en plus par rapport à l’état de l’art. Cette calibration selon l’invention ne nécessite pas de chauffer ou refroidir la pédale pour déterminer les coefficients K. Cette calibration selon l’invention est faite avec les mêmes données que pour la calibration selon l’état de l’art. Cette étape est effectuée en laboratoire et comporte la détermination pour chaque jauge de déformation d’un coefficient individuel de correction. L'ensemble des coefficients individuels de correction des jauges de déformation permet de prédire l'évolution de la valeur des signaux des circuits de mesure lorsque la température change. Cela permet de réduire les erreurs de mesure liées au changement de température dans des proportions équivalentes à l’état de l’art lorsqu’une calibration telle que décrite dans [00075] est utilisée. Cela permet de réduire les erreurs de mesure liées au changement de température dans des proportions supérieures à l’état de l’art lorsque la calibration [00075] n’est pas faite. La correction des signaux pour compenser un déplacement du zéro dû à la température peut alors être faite en temps réel et de façon précise. Par exemple, une mesure du zéro est effectuée en intérieur qui donne la valeur : Z1 = (x1, y1). Puis, lorsque la pédale est utilisée à l’extérieur à une température différente, un recalage du zéro est réalisé : Z2 = (x1+K1*ΔT, y1+K2*ΔT), ΔT étant la différence de température entre les deuxième et première calibrations et K1 ; K2 étant les coefficients de calibration. Le calcul de l’effort F appliqué par le cycliste sur l’axe de pédale peut être déterminé en fonction des signaux, notamment corrigés à l’aide des coefficients individuels des jauges de déformation. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples illustrés et décrits, mais peut faire l'objet de beaucoup de variantes à la portée de l'homme du métier sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Par exemple, les jauges de déformation 24 peuvent être placées à l’intérieur de l’axe de pédale. Le nombre de jauges de déformation utilisées peut être différents. Pédale de cycle de mesure (1) des efforts appliqués par un cycliste sur ladite pédale lors du pédalage, ladite pédale comportant : un axe de pédale (12) agencé pour être relié à une manivelle de pédalier, un corps de pédale (10) monté rotatif sur l’axe de pédale, un dispositif de mesure d'efforts (2) développés par le cycliste sur ladite pédale, comportant : une pluralité de jauges de déformation (24 ; 24a-d) aptes chacune à détecter au moins partiellement une force (F) dans un plan perpendiculaire à l’axe de pédale (12) et à fournir un signal fonction de ladite jauge, lesdites jauges (24 ; 24a-d) étant agencées pour former au moins un premier circuit de mesure (W1; W2; W’1; W’2; W’3; W’’1; W’’2; W’’3; W*1; W*2; W**1; W**2), au moins deux jauges dudit circuit de mesure étant agencées pour mesurer des forces respectives non colinéaires, une unité de traitement des signaux fournis par lesdites jauges. Pédale selon la revendication 1, les jauges de la pluralité des jauges (24 ; 24a-d) étant agencées pour former une pluralité de circuits de mesure distincts (W1-2; W’1-3; W’’1-3; W*1-2; W**1-2) , au moins deux jauges de chaque circuit de mesure étant agencées pour mesurer des forces respectives non colinéaires. Pédale selon la revendication précédente, au moins deux circuits de mesure (W’’1; W’’2; W’’3) de ladite pluralité des circuits de mesure comportant au moins une jauge de déformation commune. Pédale selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins un circuit de mesure (W’1; W’2) de la pluralité de circuits de mesure étant un demi-pont, notamment un demi-pont de wheastone. Pédale selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins un circuit de mesure (W* 1 ; W* 2 ; W*3) de la pluralité de circuits de mesure étant un pont complet, notamment un pont de wheastone. Pédale selon l’une quelconque des revendications précédentes, la pluralité de jauges de déformation (24a-c) comportant un nombre impair de jauges de déformation. Pédale selon l’une quelconque des revendications précédentes, les jauges de la pluralité de jauges étant disposées sur l’axe de pédale. Pédale selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, les jauges de la pluralité de jauges étant disposées à l’intérieur de l’axe de pédale. Pédale selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’axe de pédale (12) comportant au moins une portion plane (15a), notamment agencée pour recevoir une jauge de déformation et une portion cylindrique (15b) diamétralement opposées, la portion plane (15a) étant au regard de ladite portion cylindrique (15b) par rapport au centre de l’axe de pédale (O), par exemple, l’axe de pédale (12) comportant trois portions planes (15a) alternant avec trois portions cylindriques (15b), chacune des portions planes (15a) étant au regard avec l’une des portions cylindriques (15b) par rapport au centre (O) de l’axe de pédale (12). Pédale selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une jauge de la pluralité des jauges de déformation étant une jauge de cisaillement. Pédale selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins une jauge de la pluralité des jauges de déformation étant une jauge de flexion. Pédale selon l’une quelconque des revendications précédentes, les jauges étant en contact avec la surface extérieure de l’axe de pédale, notamment fixées sur ladite surface, par exemple par collage. Pédale selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, les jauges étant fixées sur un substrat distinct de l’axe de pédale, ledit substrat étant lui-même fixé sur la surface extérieure de l’axe de pédale ou inséré à l’intérieur dudit axe de pédale. Procédé de calibration d’une pédale de mesure selon l’une quelconque des revendications précédentes, le procédé comportant une étape de de détermination d’un ou des coefficients de calibration pour chaque jauge de déformation.