· Titre: Étude de la perception sensorielle aux mains des cyclistes en lien avec le confort dynamique des vélos de route

 

· Statut: Projet en cours

 

· Contexte: Le Laboratoire VÉLUS cherche à comprendre le comportement vibratoire des vélos de route en combinant l'approche expérimentale et la modélisation numérique. Plusieurs nouveaux capteurs, techniques et protocoles de mesure, bancs de test expérimentaux et modèles numériques ont ainsi été développés. Les capteurs développés par VÉLUS ont fait l’objet de plusieurs articles scientifiques et prennent la forme de composants de vélo instrumentés (e.g. cocottes, tige de selle, pédales instrumentées). Ils jouent un rôle essentiel car ils permettent de quantifier avec précision les vibrations transmises au cycliste au niveau de ses points de contacts avec le vélo (i.e. mains, fesses, pieds) en termes de force et d’accélération.

 

L’essentiel des activités de VÉLUS a donc, jusqu’à présent, porté sur les aspects mécaniques du confort dynamique. Comme le confort est fondamentalement lié aux perceptions sensorielles du cycliste, la prochaine étape logique pour VÉLUS est de s’intéresser à ces aspects perceptifs et notamment au lien qui existe entre les perceptions du cycliste et le niveau des vibrations (en termes, par exemple, d’accélération, de force et de puissance) transmises à ses points de contact avec le vélo.

 

· Objectif principal / Description: Ce projet vise à accroître les connaissances concernant la perception sensorielle aux mains des cyclistes en lien avec le confort dynamique des vélos de route. Il permettra notamment d’identifier les particularités méthodologiques et expérimentales des tests perceptifs effectués sur vélo. À terme, ceci permettra d’établir le protocole de test qui sera utilisé pour les futures études de perception réalisées chez VÉLUS. Parmi les éléments qui devront être couverts pour y parvenir, il y a:

 

    - Les courbes psychométriques;

    - Les seuils de perception et le «Just noticeable difference in level» (JNDL);

    - La validation de quantités mécaniques (e.g. force, accélération, puissance) comme métriques de

    confort cycliste;

    - La variabilité de la mesure de ces quantités mécaniques directement imputable au cycliste;

    - L’effet de l’expertise du cycliste sur la performance durant les tests de perception.

 

· Partenaire: Université McGill (Pre Catherine Guastavino et Pr Ilja Frissen)

 

· Titre: Caractérisation mécanique et perceptive de la transmissibilité vibratoire des composantes de vélo de route

 

· Statut: Projet complété

 

· Contexte: Les cyclistes sur route passionnés enfourchent leur vélo pendant plusieurs centaines d'heures chaque année. Ils souhaitent donc utiliser un vélo qui, tout en étant léger et performant, aura la capacité de filtrer les vibrations générées par les défauts du revêtement routier. Ces vibrations deviennent à la longue une source importante d'inconfort, de fatigue et de désagrément. L'amélioration du « Confort dynamique » c'est-à-dire la diminution de l'inconfort vibratoire, est donc recherchée. À cet égard, la conception d'un vélo de route confortable pose un défi majeur car, contrairement à d'autres catégories de vélos (vélos de montagne par exemple), il n'est pas doté de suspension ; l'isolation vibratoire repose essentiellement sur le comportement dynamique des structures du vélo. Toute l'industrie du cycle s'intéresse au confort car après le poids, la capacité de filtrer les vibrations est une des caractéristiques la plus évoquée.

 

· Objectif principal: L'objectif du projet consiste à comprendre le comportement vibratoire d'un vélo et à développer des outils de conception qui permettront de produire des vélos plus confortables.

 

· Description: Ce projet combinera l'approche expérimentale et la modélisation. Plusieurs nouveaux capteurs, techniques de mesure, bancs de test expérimentaux et modèles seront développés. La présence du cycliste ne peut être ignorée et son influence sur la réponse dynamique du vélo sera prise en compte. Comme le confort est fondamentalement lié aux perceptions du cycliste, ce projet s'intéressera également aux dimensions humaines lié au discours du pratiquant relativement au concept de «confort dynamique». Il s'intéressera de plus à quantifier les seuils et les paramètres pouvant influencer la capacité du cycliste à différentier les niveaux vibratoires. Ce projet générera de nouvelles connaissances de même que de nouveaux outils de conception. Les résultats permettront au partenaire Vroomen-White Design de concevoir et de fabriquer des vélos plus confortables. Ces nouveaux produits donneront un avantage marqué au partenaire dans un marché international très compétitif.

 

· Partenaires: VWD-Cervélo, Université McGill

· Titre: Étude du comportement dynamique de cadres de vélos en aluminium pour le développement de métriques reliés au confort

 

· Statut: Projet complété

 

· Contexte: Dans le monde cycliste et en particulier pour les athlètes de type cyclosportif, le confort est un aspect de première importance. De plus, les tendances observées montrent que tous les manufacturiers de cadres de vélo et de composantes prônent l’aspect confortable de leurs produits. Or, aucun outil scientifique ne permet de mesurer le degré de confort d’un vélo et ainsi, de valider les affirmations des fabricants.

 

· Objectif principal: Comprendre le comportement dynamique d’un vélo de route en relation avec la quantification et la perception du confort ressenti aux mains du cycliste.

 

· Description: De par sa nature multidisciplinaire, le projet a été scindé en trois parties principales: l’analyse du comportement dynamique d’un vélo de route, la détermination des métriques reliés au confort et la perception du confort à vélo. Le premier volet, l’analyse du comportement dynamique d’un vélo de route, présente les caractéristiques dynamiques de la structure testée sous différentes conditions. L’analyse modale et des tests de vibrations sont utilisés afin de déterminer le comportement dynamique du vélo avec et sans composante, mais aussi avec et sans cycliste. Le second volet, la détermination des métriques reliés au confort, énonce la démarche utilisée pour arriver à déterminer que le contenu énergétique de la force transmise aux mains du cycliste (EIP) constitue un bon métrique pour quantifier la perception de confort en lien avec la partie avant d’un vélo de route. Finalement, le troisième volet, la perception du confort à vélo, permet de statuer sur la résolution sensorielle moyenne d’un cycliste par rapport au métrique énoncé précédemment. Cette résolution sensorielle permet d’interpréter correctement les différences entres deux vélos. Par exemple, si deux configurations de vélos procurent des valeurs d’EIP se situant à l’intérieur de cette résolution, il est raisonnable de croire qu’aucune différence de perception n’est attendue.

 

· Partenaires: Argon 18 inc., Centre Québécois de recherche et développement sur l'aluminium (CQRDA), Cycles Devinci inc., Groupe Procycle inc.

· Titre: Mesure des forces dynamiques appliquées à un vélo de route en conditions réelles d'utilisation

 

· Statut: Projet complété

 

· Contexte: La durée de vie en fatigue d’un cadre de vélo de route nécessite presque nécessairement des tests expérimentaux. Les sollicitations mécaniques d’un cadre sont complexes car elles dépendent du cycliste, de la taille du cadre, des imperfections de la route, etc. Il est donc primordial de pouvoir connaître les forces réelles qui s’appliquent aux moyeus, à la potence et aux pédales.

 

· Objectif principal: L’objectif de ce projet de R&D était de développer la technologie et les systèmes de mesure nécessaires pour permettre à Cycles Devinci de mesurer l’amplitude des efforts dynamiques qui s’appliquent sur un vélo de route ainsi que les valeurs de déformation du cadre à des points stratégiques lorsque celui-ci est utilisé dans des conditions réelles . Ces informations sont utilisées afin d’établir un chargement des cadres pour les études en fatigue. Ils sont également utilisés pour optimiser la conception des cadres et obtenir ainsi des structures optimales.

 

· Description: En collaboration avec les ingénieurs de Cycles Devinci, des capteurs spécifiques ont été conçus, fabriqués, étalonnés et embarqués sur un vélo de route. Les capteurs suivants ont été développés:

 

    · Moyeu avant: 2 degrés de liberté (ddl) pour chaque patte de fourche;

    · Moyeu arrière: 2 ddl pour chaque patte de fourche;

    · Pédales: 2 ddl pour chaque pédale;

    · Potence: 3 ddl.

 

· Partenaires: Centre québécois de recherche et développement sur l'aluminium (CQRDA), Cycles Devinci inc.

· Titre: Mesure de la déformation d'un cadre et des forces dynamiques appliquées à un vélo double suspension en conditions réelles d'utilisation

 

· Statut: Projet complété

 

· Contexte: Les manufacturiers de vélo de montagne ont à relever des défis de taille : ils doivent concevoir des vélos qui sont à la fois performants, agréables à piloter, durables et les plus légers possible. Un vélo de montagne subit des chocs importants compte tenu du type de pratique et des terrains hostiles auxquels il est destiné. La diminution du poids reste d’actualité et est un crtière de conception important pour les manufacturiers. Sachant qu’un vélo est déjà une structure légère, la marge de manœuvre afin de réduire sa masse tout en assurant une résistance adéquate est très limitée. Pour optimiser la conception des cadres, les manufacturiers font appel à des logiciels utilisant la méthode par éléments finis (MÉF). Ces logiciels leur permettent de calculer les contraintes en tout point du cadre. Toutefois, pour que cette approche de modélisation soit utile et réaliste, il est essentiel de connaître les charges mécaniques (forces et couples) qui s’appliquent sur le cadre en conditions réelles d'utilisation. Rares sont les manufacturiers qui prennent les moyens pour établir ces cas de chargement. Cycles Devinci a relevé avec succès ce défi en développant, en partenariat avec les chercheurs de VélUS, un vélo de montagne instrumenté.

 

· Objectif principal: Développer des capteurs embarqués et des technologies de mesure permettant de mesurer, dans des conditions réelles d’utilisation, les charges mécaniques qui s’appliquent sur un vélo de montage.

 

· Description: En collaboration avec les ingénieurs de Cycles Devinci, une série de capteurs spécifiques ont été conçus, fabriqués, étalonnés et embarqués sur un vélo de montagne. Ces capteurs permettent de mesurer simultanément les efforts et les paramètres cinématiques suivants (H = horizontales et V = verticales) :

 

· Forces aux moyeux avant et arrière (H & V);

· Forces à chacune des mains sur le guidon (H & V);

· Forces à la selle (H & V);

· Forces aux freins à disques avant et arrière;

· Force au ressort de la suspension arrière;

· Forces à chaque pédales (H & V);

· Position des manivelles;

· Position des pédales par rapport à la manivelle;

· Vitesses instantannées des roues arrière et avant;

· Débattement de la suspension avant et arrière;

· Accélération (accéléromètre tri-axes) à la selle.

 

Au total, 36 canaux d’information sont enregistrés à une fréquence d’échantillonnage de 1000 Hz. Un système d’acquisition eDAQ porté dans un sac à dos permet d’effectuer les mesures.

 

· Partenaires: Centre québécois de recherche et développement sur l'aluminium (CQRDA), Cycles Devinci inc.

· Titre: Utilisation de pédales dynamométriques pour la conception d’un outil d’aide à l’entraînement

 

· Statut: Projet complété

 

· Contexte: En cyclisme de haut niveau, la notion de performance du pédalage est étroitement liée à l’application d’un patron de forces approprié aux pédales, interfaces par lesquelles s’effectue la transmission de la puissance. On peut donc facilement imaginer que la mesure en temps réel des forces de pédalage fournisse aux entraîneurs des données de premier plan pour le diagnostic et l’amélioration de la performance de leurs athlètes.

 

· Objectif principal: Utiliser une paire de pédales dynamométriques développées par le groupe VélUS pour mesurer, chez une population de cyclistes de niveau élite (piste), les efforts de pédalage, pour identifier certains paramètres affectant la performance du geste cycliste et pour, conséquemment, développer un outil d’aide à l’entraînement.

 

· Description: La paire de pédales dynamométriques développée est bi-plateforme et permet de recevoir les cales automatiques Look (plateforme CX7) et les cales Shimano avec sangles utilisées par l’équipe de France de cyclisme sur piste (plateforme Shimano 600). Chaque pédale permet de mesurer les forces dans le plan de pédalage appliquées par le cycliste. Un encodeur fixé sur la pédale permet de connaître la position angulaire de celle-ci par rapport à la manivelle. Un encodeur installé sur le cadre du vélo permet de mesurer la position angulaire de la manivelle par rapport au cadre. Les données issues des pédales et de l’encodeur sont stockées via un système d’acquisition de données transporté par le cycliste. Un logiciel de post-traitement des données a été développé par VélUS afin de calculer la composante efficace de la force totale ainsi que certaines variables dérivées telles que la puissance efficace et l’indice d’efficacité pour chacune des jambes. Ces données peuvent être exprimées et analysées selon l’épreuve réalisée et la qualité à évaluer (puissance maximale, force maximale, etc.) mais aussi selon les demandes spécifiques de l’entraîneur.

 

· Partenaires: Fondation d'Entreprise de la Française des Jeux (France), INSEP (France).

· Titre: Développement d'un étalonneur d’appareils de mesure de la puissance de pédalage

 

· Statut: Projet complété

 

· Contexte: La puissance développée par un cycliste de haut niveau est un paramètre fondamental aussi bien pour son évaluation que pour sa préparation. La mesure de cette puissance est rendue possible par l’utilisation de divers appareils conçus à cet effet. La précision de la mesure est de toute première importance. Parmis ces appareils, on retrouve, entre autres, des home-trainers, des ergocycles et des composants instrumentés (pédaliers, axes de pédalier, roues). Lorsqu’on compare les lectures de puissance de pédalage entre certains de ces appareils, il n’est pas rare de constater des différences supérieures à 100 watts.

 

· Objectif principal: Développer un étalonneur d’appareils de mesure de la puissance de pédalage qui soit à la fois précis et d’utilisation conviviale pour le non-expert.

 

· Description: Le principe d’étalonnage retenu est celui consistant à appliquer une puissance connue à l’axe de pédalier et à comparer celle-ci à celle affichée par l’appareil de mesure. L’axe de pédalier est entraîné par un moteur électrique du côté opposé au pédalier. La puissance étant appliquée en amont des pièces mécaniques de la bicyclette, il est possible d’étalonner presque tous les appareils de mesure de la puissance de pédalage.

 

Comme pour tout appareil de mesure, il est nécessaire d’étalonner régulièrement les appareils de mesure de la puissance de pédalage. Cet étalonnage doit tenir compte de tous les paramètres qui sont susceptibles d’affecter la mesure de la puissance. Ainsi, l’étalonneur doit être d’utilisation conviviale pour le non-expert. À cet effet, l’assistance logicielle lors de l’application des protocoles d’étalonnage s’avère essentielle.

 

· Partenaires: Centre national multisport-Montréal, Centre national de cyclisme de Bromont.

 

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2016 ISEA CONFERENCE

11-14 juillet 2016

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