Mcot

1. 11804 SOUIHI Nadir
Xshift (dérailleur automatique de vélo)
Dans un esprit d’énergie verte et en étant un VTTiste amateur, je suis conscient que la bicyclette
est le moyen de transport le plus civilisée. Ainsi, je voulais toujours innover et remettre en valeur
ce moyen futuriste pour encourager les gens à l’utiliser quotidiennement en le manipulant aisément.
Notre étude consiste à automatiser le sous-système de commande du mécanisme de transmission
de vitesses classique des vélos, afin d’homogénéiser les efforts musculaires du cycliste aux
contraintes du milieu extérieur et pousser son autonomie à ses limites. Grâce à une interface
cycliste-Xshift, l'interaction instantanée avec le système est assurée.
Ce TIPE fait l'objet d'un travail de groupe.
Liste des membres du groupe :
- DHAIM Mohamed
Positionnement thématique (phase 2)
SCIENCES INDUSTRIELLES (Génie Mécanique), SCIENCES INDUSTRIELLES
(Automatique), INFORMATIQUE (Technologies informatiques).
Bibliographie commentée
Le dérailleur est un système mécanique appartenant au groupe de transmission d’un vélo,
permettant le déplacement de la chaîne sur le pignon demandé par l’utilisateur à travers un poignet
qui tire un câble de tension mécanique. Ce dernier va commander le dérailleur d’une manière
mécanique dans le but de changer le rapport de vitesse (braquet) [1], et pour aboutir à une
homogénéisation entre le couple, la fréquence de pédalage et les forces à vaincre, dues à certains
paramètres, y compris la pente, la vitesse, le couple résistant, etc.
L’idée de changer de vitesses est apparue dans les derniers décades du XIXème siècle, mais n’a
vu le jour qu’après 1895 par l’ingénieur français Jean LOUBEYRE [2] qui a fait la conception d’un
Mots-clés (phase 2)
Mots-Clés (en français) Mots-Clés (en anglais)
Dérailleur Derailleur
Braquet Gear ratio
Couple de pédalage Pedaling torque
Forces à vaincre Forces to be overcome
Automatiser Automate
1

2. dérailleur à deux développements, appelé « Polycelere ». L’évolution technologique de ce système a
connu un grand progrès au XXème siècle. De surcroît, les thèses des chercheurs ont prouvé
l’importance de ce moyen de transport à cette époque. Mais ce progrès a subi une déchéance avec la
révolution des machines thermiques. Récemment, la nouvelle technologie a opté pour l’utilisation
d’un mono-plateau en avant (pédaliers) afin de diminuer l’encombrement, donc seuls la casette des
pignons et le dérailleur arrières qui comptent dans la modification du braquet. La commande de ce
dernier sera l’un des volets de notre étude.
Après les années quatre-vingt-dix, des sociétés se sont dirigées vers l’intégration des systèmes
intelligents au sein des vélos pour rendre le cyclisme plus agréable; parmi eux, les systèmes de
changement de vitesse automatique, comme ceux de « BOSCH » qui ont conçu des produits « eShift
» [3], en collaboration avec « SHIMANO » et « NuVinci CYCLING » : celui de SHIMANO
change de vitesse automatiquement en fonction de la fréquence et de la puissance de pédalage,
cependant, celui de NuVinci consiste à changer de vitesse pour garder une fréquence de pédalage
fixe. Les produits « eShift » sont équipés par ce qu’on appelle moyeu à vitesses intégrées, une
nouvelle génération de dérailleurs qui donnent la possibilité de changer le rapport en arrêt.
Malheureusement, ils présentent plusieurs inconvénients : ils ont un nombre assez limité de
rapports de vitesse possibles, difficiles à maintenir, ainsi qu’un poids supplémentaire et beaucoup
plus chers que les dérailleurs classiques [4], ce qui les rendent inaccessibles et peu utilisés. Certes, il
existe plusieurs relations qui lient les paramètres agissant sur le confort du cycliste tels que la
fréquence et le couple de pédalage, et les paramètres du milieu extérieur (les forces à vaincre...) [5]
. Dans ce cadre, des chercheurs ont focalisé leurs études sur le confort du cycliste et son interaction
avec les divers milieux afin d'optimiser ces relations. D’où l’obligation d’une modélisation
convenable du système d’étude (vélo + cycliste). Toutefois, cette modélisation est difficile surtout
lors d’une confrontation avec des problématiques biomécaniques pareilles, mais on peut définir des
modèles proches à la réalité [6]. En outre, les résultats de ces études ne sont pas identiques, ainsi
que le bagage scientifique pourra aboutir à des relations fortes qui définissent le braquet optimal
pour chaque situation rencontrée, si l’avis professionnel se met en accord sur ces relations par
l’expérience pratique [7][8].
Problématique retenue
Certainement, le dérailleur offre plusieurs possibilités pour compromettre la cadence de pédalage
et les forces à vaincre. Pour cela, comment distinguer le braquet optimal pour chaque situation?
Néanmoins, les dérailleurs automatiques sont coûteux car ils comportent des moyeux à vitesses
intégrées, alors pourquoi ne pas automatiser les dérailleurs classiques ?
Objectifs du TIPE
Je me propose d'automatiser la commande des dérailleurs classiques des vélos avec mon binôme
en nous basant sur une étude théorique du milieu d’interaction du cycliste pour aboutir à des
relations fortes qui définissent le braquet optimal pour chaque situation définie par (couple,
2

3. cadence, pente, accélération, etc.). Parallèlement, je vais prélever l’influence du couple de pédalage
et de l’accélération sur cette grandeur afin de confronter les résultats pratiques aux assises
théoriques et essayer de minimiser l’écart entre les performances mesurées et souhaitées. Enfin, on
va combiner les résultats du groupe et l’avis des professionnels pour construire
un algorithme d’automatisation convenable.
Abstract
Bycicle is the green means of transport that will lead to a more civilized future. In that spirit of
collective responsibility, The Xshift project is a classic derailleur automation, expected to increase
the cyclist's performance and autonomy, the project seeks to define the optimal gearing for each
situation, based on the slope, speed, acceleration and other parameters of the interaction
medium. in my approach I will focus on the acceleration and the pedaling torque to combine with
my partner and the professional advices to build a suitable automation algorithm and the Xshift
system.
Références bibliographiques (phase 2)
[1] Xavier GARNOTEL : Le peloton cycliste : Chapitre 1 (b-2), L'Harmattan, 2009,
9782296081086.
[2] Tony HADLAND et Hans-Erhard LESSING : Bicycle design : Chapitre 7 (page 243), MIT Press
, 2014, 9780262529709.
[3] https://www.bosch-ebike.com/fr/produits/eshift/, site représentatif du produit "eShift" de «
Bosch », consulté le 2 juillet 2017.
[4] http://mapage.noos.fr/ptis.trucs.sympas/vitesses_dans_le_moyeu, consulté le 2 juillet 2017.
[5] François PIEDNOIR : Pédaler intelligent : La biomécanique du cycliste : Chapitre 14 et 16,
Fédération française de cyclotourisme, 2007, 9782950040107.
[6] Julien BERNARD : Évaluation du profil biomécanique du coureur cycliste : Thèse
Biomécanique et bio-ingénierie. Poitiers : Université de Poitiers, (2015), page (22). Disponible sur
Internet <http://theses.univ-poitiers.fr>.
[7] Frédéric GRAPPE : Cyclisme et optimisation de la performance : Sciences et méthodologie de
l’entrainement, 2ème édition, chapitre 8 et 10, 9782804158835.
[8] LUCÍA, A., J. HOYOS et J. L. CHICHARRO : Preferred pedalling cadence in professional cycling :
Med. Sci. Sports Exerc., Vol. 33, No. 8, 2001, pp. 1361–1366.
DOT
[1] Appel video avec le coach professionnel en cyclisme ELZEARD Nicolas (le 17 Juin 2017).
[2] Rencontre avec l'équipe Casablancaise des VTTistes (VRC : VTT Riders Casablanca) que je
suis membre pour voir leurs exigences (le 20 Août 2017).
[3] Etude théorique du problème et fixation des démarches (mi-Septembre).
[4] Décision de disjoncter entre la phase d’accélération et la phase de monotonie à cause d'une
discontinuité des résultats (le 2 Décembre 2017).
[5] Réalisation d'un algorithme d'automatisation conçu pour la phase d'accélération (appelée mode
3

4. 1), et basé sur la théorie et l'avis du coach professionnel N.ELZEARD (le 6 Février 2018).
[6] Échec de l'automatisation à cause d'un mauvais dimensionnement du moteur pas à pas (le 13
Février 2017).
[7] Réalisation du système, succès du fonctionnement et début des expériences (le 1 Mars 2018).
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