5.1 La puissance : un critère révélateur des vibrations transmises
5.1.3 Mesures de la puissance transmise au niveau des mains lors d’une
Les mesures de puissance à l’interface entre la main du cycliste et le vélo sont décrites dans cette section (Partie 1 de la figure 5-1). Lors de la réalisation de ces mesures, un vélo spécifique est utilisé ainsi qu’un seul cycliste. En effet, l’objectif ici n’est pas d’étudier la variabilité de puissance transmise en fonction du cycliste et du vélo mais plutôt de valider la précision des prédictions obtenues en puissance à l’interface entre la main du cycliste et le vélo. Le vélo utilisé est un Cervélo R3 dont la taille du cadre est 56 cm. Ce vélo est celui dont les dimensions ont été utilisées lors des mesures d’espacement entre composants nécessaires pour la réalisation des mesures biodynamiques du système main-bras en postures cyclistes (4.3 – Le système main-bras en postures « cyclistes »).
Trois postures cyclistes ont été utilisées pour la mesure de la réponse biodynamique du système main-bras droit. Sachant que la prédiction de la puissance dépend des caractéristiques de la route (vitesse), de celles du vélo et de celles du cycliste, seules ces postures peuvent être utilisées. Par ailleurs, afin de valider la prédiction de la puissance obtenue, un capteur de puissance est nécessaire afin de mesurer la puissance réellement transmise à l’interface entre la main du cycliste et le vélo. Le laboratoire VélUS dispose d’un tel capteur composé d’une
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cocotte instrumentée permettant de mesurer à la fois force et vitesse nécessaires à la détermination de la puissance. Les descriptions concernant cette cocotte instrumentée sont disponibles en annexe 8.2. Sachant que la réponse biodynamique du système main-bras dépend de nombreux paramètres, la réalisation des mesures de puissance sur l’assemblage vélo – cycliste doit reprendre les mêmes caractéristiques que celles utilisées lors des mesures de la réponse biodynamique du système main-bras en posture cycliste avec mains sur les cocottes. La figure suivante illustre la posture avec mains sur les cocottes lors des mesures de puissance sur vélo.
Figure 5-3 : Illustration du positionnement du cycliste lors des mesures de puissance à la main à l'aide de la cocotte instrumentée
La force de poussée exercée par le cycliste est contrôlée à l’aide de la force statique mesurée par la cocotte instrumentée. La force de poussée verticale utilisée est 80 N. Cette force de poussée correspond à une des configurations testées lors des mesures de réponse biodynamique du système main-bras en postures cyclistes. Étant donné la posture du cycliste, une force de poussée horizontale est nécessairement appliquée par celui-ci. Aucun dispositif de mesures ne permettant au cycliste de contrôler cette force pendant les tests, des essais préliminaires de positionnement à l’aide du capteur AMTI 6 D ont permis de révéler que la force de poussée exercée horizontalement varie entre 20 et 50 N lorsque le cycliste applique 80 N verticalement.
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Cependant, des mesures complémentaires ont permis de statuer que cette variation de force horizontale de la part de la main du cycliste n’a pas d’influence sur les mesures verticales au niveau de la cocotte sur le vélo.
Lors de la réalisation des mesures, une excitation est fournie sous la roue avant uniquement à l’aide du système d’excitation XCITE (figure 5-4).
Figure 5-4 : Visualisation d'un piston du système XCITE fixé sur une plaque d'acier boulonnée sur le sol avec une plaque sur le dessus permettant de venir déposer une des roues du vélo
Le signal d’excitation utilisé lors des essais est celui de la route de référence du Mont-Orford. La figure suivante présente la densité spectrale de puissance de ce signal de route Vroute 2.
Figure 5-5 : Densité spectrale de puissance (DSP) de la route de référence utilisée au laboratoire VélUS
0 20 40 60 80 100 0 1 2 3 4 5 6 x 10-4 Fréquence [Hz] D SP [(m /s)² /H z]
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Pendant les tests, les mesures sont effectuées avec un signal de route de 30 secondes et répétées cinq fois pour évaluer l’incertitude. Les résultats obtenus pour une posture avec mains aux cocottes et une force de poussée de 80 N sont les suivants : la puissance moyenne transmise à la main de ce cycliste sur ce vélo est de 1,64 W. Il est sûr à 95 % que la puissance moyenne transmise à la main soit comprise entre 1,52 et 1,76 W lors de ces tests.
La figure suivante présente le spectre de la puissance moyenne pour la main correspondant aux 30 s de test sur la plage de fréquences [0 ; 100] Hz. La courbe en trait plein représente la moyenne des cinq mesures de répétabilité et les traits pointillés autour de cette courbe en trait plein représentent l’intervalle de confiance à 95 %.
Figure 5-6 : Spectre de puissance moyenne pour la main sur un Cervélo R3
A l’aide de la figure 5-5 et de la figure 5-6, on constate que la forme du spectre de puissance mesurée au niveau de la cocotte instrumentée est fortement semblable à la forme de la densité spectrale de puissance du signal de route injecté au système. Ceci nous informe de la dépendance qu’il existe entre la puissance mesurée au niveau de la main du cycliste et le signal d’excitation utilisé.
0 20 40 60 80 100 0.05 0.1 0.15 Fréquence [Hz] Pu is sa nce [ W ]
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Les résultats de la figure 5-6 montrent qu’il y a majoritairement de la puissance transmise au niveau de la main du cycliste entre 0 et 60 Hz. Cette puissance se concentre notamment entre 5 et 30 Hz avec de multiples pics dont les deux ayant la plus grande amplitude se trouvent à 12 et 16 Hz. Cette mesure de puissance devient désormais la valeur cible pour la prédiction de puissance par sous-structuration au niveau de la main entre cycliste et vélo.