"The Stepper Car" by amidesign

Quelque chose m’échappe.

Ton rapport de transmission est fixe mais la course (et non pas le bras de levier) de tes pédales est variable. Soit.

Tu dois donc dimensionner ta transmission en fonction de l’effort maximal à la pédale.

Ex. pour un vélomobile classique d’une masse totale de 100kg, pilote inclus, avec des roues de 406 (R=0,238m), des pédales de 175mm, un plateau de 38 et un pignon de 34, j’obtiens pour une déclivité de 10%, un effort de 98 N à la roue et de 149N à la pédale.

Dans ton cas, le rapport de transmission est uniquement défini par le rapport entre le diamètre de roue et le diamètre du pignon. Pour un même effort à la pédale, j’obtiens un diamètre de pignon de 313 mm, soit environ 78 dents (!)

Si tu montes à du 6km/h (=1.66 m/s), ta chaîne aura une vitesse de 1.1 m/s. Avec une course maxi de 350mm pour les pédales, cela donne une fréquence de pédalage de 94 aller-retours par minute (1.56Hz), comparée à 60 tpm pour un VM équipé d’un pédalier classique.

Que cela donne-t-il à 40km/h ? Sur un VM classique, cela dépend du dérailleur, sur ton Stepper Car à rapport fixe cela donne du 626 aller-retours/min….

Mais j’imagine que j’ai du faire une erreur monstrueuse dans mes calculs.

Tu me rétorqueras aussi qu’en côte, tu pousses des 2 pieds en même temps et que tu peux donc diminuer la démultiplication de moitié. Peut-être mais tu risques alors d’avancer par à-coups. Ce ne serait plus un Stepper Car mais un Kangoroo Car...

Samural

Edit: une vue de côté (plutôt qu'une vue de dessus) de ton système de transmission rendra la compréhension de son fonctionnement plus aisée.

La grande astuce du système est qu'au plat à 36 km/h, j'utilise toute la course des rails de tiroir qui est de 350 mm au maximum

En côte je n'utilise que 1 à 2 cm de course
Dans cette configuration, les jambes sont presque tendues et peuvent supporter des efforts bien plus grands que lorsque les genoux sont pliés à 90°

Si tu te mets debout et que tu te charges avec un sac à dos de 30 kg
Tu pourras fléchir tes genoux entre 10° et 12° durant des heures

Si tu te charges avec 3 kg
Tu pourras t'abaisser de 270 mm un bien grand nombre de fois

Dans la situation que tu ne comprends pas, c'est comme si tu te charges de 30 kg et que tu fais des flexions de 10° à 90° (course de 350 mm), ce qui ne peut durer que quelques minutes avant épuisement.

Dans mon cas, je n'utilise que la fin de course des rails en montée.

Samural a écrit:

... Mais j’imagine que j’ai du faire une erreur monstrueuse dans mes calculs.


Samural

Edit: une vue de côté (plutôt qu'une vue de dessus) de ton système de transmission rendra la compréhension de son fonctionnement plus aisée.

Tu as raison, au plat, il y a une erreur de x3 dans le calcul de la transmission.

00:16

Donc :

• Soit des roues trois fois plus grandes
• Soit des pignons trois fois plus petits
• Soit un système à moufles sur les câbles de traction

Je choisis le système à moufles à deux poulies par câble.

00:47


Poulie de marine 200 kg.

amidesign a écrit:

Donc :

• Soit des roues trois fois plus grandes
• Soit des pignons trois fois plus petits
• Soit un système à moufles sur les câbles de traction

Je choisis le système à moufles à deux poulies par câble.

Bonjour les pertes: un cable, même de faible diamètre, demande un effort pour être plié (pertes par hystérèse). Moi je choisis un plus petit pignon.

J'ai donc refait mes calculs sur base d'une vitesse de 36 km/h. Avec un pignon de 9 dents, cela donne une fréquence de "pédalage" de 66 A/R par min. avec la course maxi de 350 mm.
Tout va bien: tu as encore de la marge pour aller plus vite.

Citation :

En côte je n'utilise que 1 à 2 cm de course

En conservant la même transmission, et avec une course de 1 cm, tu dois soutenir une cadence de 388 A/R par min. Avec une course de 2 cm elle diminue de moitié. (194 A/R par min).
Et ceci en développant un effort de 1263 N (129 kg) aux pédales.

Toi qui aimes danser, tu vas être servi: tu vas danser le flamenco sur ton engin, mais avec des enclumes aux pieds...

Tu n'y échapperas pas: tu vas avoir besoin d'une transmission à rapport variable.

OK pour le pignon 9T

La chaîne doit être assez épaisse et solide

Ma vitesse de montée avoisine le 1 km/h, même moins.

Je ne construit pas un engin de dernières technologies mais :

• Un véhicule léger de 30 kg
• Une machine très bon marché
• Un vélo très aérodynamique

Je cherche aussi des pneus à très faible résistance au roulement
Du genre les Michelin radial 45-75R16 de l' Eco-Marathon She ...

J'ai tellement hâte de commencer la construction que je change ma philosophie de suspension
J'abandonne les doubles triangles au profit d'un système à ponts rigide sur pivots horizontaux

Essayez dans un fitness la presse à mollets: 129 kg, c'est fastoche.. Là-dessus, amidesign a raison: il est possible de pousser comme un âne sur quelques cm de course. Je poussais plus de 140 kg sans soucis durant les séances d'entraînement hivernales, lorsque je faisais du sport il y a 15 ans. C'était en fait 290 kg sur une démulti d'un facteur 2.

amidesign a écrit:

Ma vitesse de montée avoisine le 1 km/h, même moins....

...Je ne construit pas un engin de dernières technologies mais :

• Un véhicule léger de 30 kg
• Une machine très bon marché
• Un vélo très aérodynamique

Usurpateur! Elle existe déjà la bien nommée "Stepper Car":



Légère, économique, performante: elle dépasse même les 1 km/h en montée.

cavallo pazzo a écrit:

Essayez dans un fitness la presse à mollets: 129 kg, c'est fastoche.. Là-dessus, amidesign a raison: il est possible de pousser comme un âne sur quelques cm de course. Je poussais plus de 140 kg sans soucis durant les séances d'entraînement hivernales, lorsque je faisais du sport il y a 15 ans. C'était en fait 290 kg sur une démulti d'un facteur 2.

Salut cavallo pazzo,

Peux tu me dire si c'est 140 kg par jambe ou avec les deux pieds ?

A priori c'est des deux pieds !

ca doit etre un pieds , en tout cas c est ce que j ai deja mesurer en pressant un pese personne ( mecanique qui mesure jusqu a 120 kg ) avec une jambe le tout entre 2 murs , en effort, on dois pourvoir faire largement plus ( j etais mal installé , dos qui craque ! )
l effort de pressage , sur un banc de muscu , on peut charger pas mal , mais le pedalage "rond" ( une jambe qui tire l autre qui pousse ) c est le plus efficace , on fournir la puissance avec 2 groupe de muscle .

C est vrai que les mitrailleuse sont un peu des moteur a explosion , des elements ont le meme nom " culasse " "chambre" , certain moteur a explosion demarre meme avec un cartouche de poudre noire ( comme a la chasse , mais plus grosse et sans plomb ) , la detonation fait trouné le moteur .

Poulies ... alors autant y aller en direct , sans les axes de transmission , tu te sers de la partie "cable" pour devier . un usinage de moins et plus besoin de tour .
comme ca tu garde aussi les K7 pour avoir un developpement reglable .

( moi non plus j ai pas eu de news sur des differentiel neuf ...mais j ai toujours le mien )

j ai deja conduit un engin de ce principe mais avec les mains , c est une manivelle/bielle par roue , mais c est un vieux souvenir , peut etre a walibi .

c est aussi un peu le principe des vieux fauteuil roulant 3 roues , ou le volant etait aussi un levier qui tirai sur une chaine a roue libre . il y as eu des modele 4 roues de ces velos avirons ( course a la cipale , concurente des velocars de Papy Mochet )

J aime bien ton systeme ... tu viens a la semaine HPV Jurasienne ?

Donc si je comprends bien, tu change que la partie transmission de ta quadri ?

( une chaine de velo as son rendement maxi vers 15 dents , en dessous ca commence a ce degradé ...9 dents ...moins il y as de dents plus cela s use )

ok pour le chassis a essieux rigide ;meme un seul pivot a l avant suffit .

Système de câbles

J'ai trouvé comment passer la puissance aux roues arrières en contournant le pilote sans poulie
Ce sont deux cadres en profilés et câbles qui passent de chaque côté du bonhomme
C'est aussi deux couches superposées
Ainsi il n'a pas d'interactions entre gauche et droite

Pour l'arrière j'ai abandonné le système avec des pignons au profit de tambours cylindriques sur cliquet, à faire maison
C'est une multitude de petits câbles fins qui s'enroulent sur les cylindres pour limiter les pertes.

Sur l'image j'ai oublié de dessiner le système d'élastiques qui remontent les roues libres

Pour le cas où, l'effort serrait trop grand en montée, 175 kg à 10% de côte, j'ai une astuce que je vous réserve pour demain

C'est quand même 350 kg dans les jambes à 20% de pente
Je rappel que la course des pieds à cette charge n'est que de 1 à 2 centimètres

C'était bien un mollet à la fois, en séries pyramidales je crois. Gene 15 à gauche, 15 à droite puis 12 et 12, puis 9 et 9 pour finir à 6 et 6.
Pas possible durant des heures, donc, mais pour un coup de cul ou une rampe un peu méchante ça va.

Travail en alternance

Sur cette image il y a les élastiques de rappels.

J'ai calculé ma transmission pour une jambe :

Mes tambours arrière font 18 mm de rayon

Ma vitesse au plat est de 36 km/h soit 10 m/s

La somme de la résistance aérodynamique et de celle de roulage est de 10 N


1) Puissance = Force x vitesse

2) Couple = Force x distance


Je dois vaincre, par jambe, une force de 5 N à 10 m/s = 50 Watts

Deux jambes = 100 Watts, ce qui est correct

Le rayon des roues est de 0.254 m

Le couple à la roue est de 5 x 0.254 = 1.27 Nm

La force au tambour est de 1.27 / 0.018 = 70 N (= 7kg par jambe)

La vitesse de la jambe est de 50 / 70 = 0.71 m/s

Mes rails font 0.35 m

Donc ma cadence à 36 km/h est de deux coups de 350 mm par jambe par seconde


En côte de 20% :

Le véhicule en état de marche fait 1'200 N (= 120 kg)

Résultante = Pente x poids

0.2 x 1'200 = 240 N

Pour une jambe = 120 N

De 2) 120 x 0.254 = 30.5 Nm de couple

Force = Couple / distance

30.5 / 0.018 = 1'695 N (= 170 kg par jambe, ce qui est faisable)

Vitesse au rail en pente :

50 / 1'695 = 0.030 m/s (donc je dois bouger ma jambe de 30 mm toute les seconde)

Cadence en montée : deux coup de jambe presque tendue de 15 mm par seconde

Houra, ça fonctionne !!!

Ne reste qu'à dimensionner les câbles

Je vois que tu as finalement pris la peine de faire un minimum de calculs.

Je doute quand même de la capacité d'une personne normalement constituée à developper un tel effort pendant une longue durée et à une cadence de 120 A/R par min. Bonjour les genoux.....

Prenons un cas concret: la côte pour arriver à mon village fait 800m à 10%. je vais monter à du 1km/h et mettre 48min à gravir la petite côte. Ceci en appuyant comme un sourd sur mes jambes (85kg par jambe) à du 120 A/R par min.
Mon voisin qui descend du bus au bas de la côte, va monter à du 4 km/h, mettra 12 min. pour la gravir et arrivera plus d'une demi heure avant moi, soit tout le temps de boire un café ou de prendre sa douche...

Dans le cas d'une transmission classique, la force par jambe ne sera que d'environ 18kg, et avec une fréquence de pédalage de 50 tpm, on atteint une vitesse de 5km/h: ouf, j'arrive 3 min. avant le piéton!

Selon les indications que mon frère physiothérapeute m'a donnés :

Le genou doit effectuer une course de 10° à 90°

C'est, je pense, l'angle complémentaire à 180°

10° corresponde à un angle ouvert dans le pli du genou de 170°

Et 90° donne aussi 90°

Je le vois demain après midi pour clarifier cette question

Avec ces données j'ai calculé une course sur rail du pied d'un peu moins de 260 mm

Mes rails de 350 mm son trop longs

Je les avais achetés en pensant que les manivelles des vélos font 170 mm

170 mm x 2 = 340 mm !!!

Au niveau des petits câbles fins cela ne va pas fonctionner :

Risque de tortillage !!!!

Je choisis, à la place des sangles textiles plates qui s'enroulent en spirales sur les tambours à cliquets

Le défaut de cette solution et le changement de diamètre effectif

Il faut environ trois spires, dans ces conditions, si la sangle est suffisamment fine, cela va fonctionner

Nouvelle évolution de la cellule

Super mais le bénéfice de la nouvelle cellule c'est quoi ?

Vue de profil

La réponse est rien

Ce n'est qu'une nouvelle forme pour les véhicules musculaires

Un avant qui ne ressemble pas à un gros nez qui cache la vue

J'ai aussi réduis l'espace de vitrage pour diminuer l'échauffement au soleil

Ben, dans ce cas, c'est pas le gros nez qui cache la vue, mais ta réduction de vitrage...

J'aime bien les gros nez

Vue de dessus


Vue de la droite

Le vitrage peut encore changer. Tu as raison il est un peu trop ...

Ces dessins ne sont qu'une première approche

Je vais encore les affiner

J'aimerais réaliser une animation pour bien percevoir les interactions entre les pièces en mouvement

Bon, bien, alors, je décide de suivre vos conseils

J'inclus un système de changement de vitesse

Pour ce premier prototype je choisis un mécanisme à 3 rapports

Oh, ne crier pas, trois c'est un début

Avec mes 100 Watts à disposition et pour les pentes de :

1. 0 % : un diamètre de rouleau de 16 mm
   Une force de 13 kg dans les sangles
   Une vitesse de 44 km/h
2. 5 % : un diamètre de rouleau de 102 mm
   Une force de 13 kg dans les sangles
   Une vitesse de 7 km/h
3. 10 % : un diamètre de rouleau de 222 mm
   Une force de 11 kg dans les sangles
   Une vitesse de 3.6 km/h
4. 20 % : un diamètre de rouleau de 222 mm
   Une force de 23 kg dans les sangles
   Une vitesse de 1.8 km/h

Mais comment arrive je à une vitesse au plat de 44 km/h avec 100 Watts ?

Le secret est dans un Cx de 0.1 et avec des pneus Michelin radiaux 45-75R16 avec un coefficient de 0.00087 à 6 bars contre mes pneus actuels qui ont 0.005 à 7 bars

Ces pneus sont très fins et tubeless

Voici quelques images du concept

Il y a encore du travail pour commander les ergots qui s'enfichent dans les disques percés


Vitesse 3 pour le plat


Vitesse 2 pour pentes moyennes


Vitesse 1 pour fortes pentes

Je ne suis pas un spécialiste en pneux, mais je crois que l'efficacité de tels pneux ne vaut qu'en bitume tres lisse.
Des que la route sera moins bonne, le rendement chutera, et un pneu plus large aurai été plus efficace.
N'oublions pas le comfort!

Salut,

Quel que soit le pneu, ses caractéristiques chutent sur sol granuleux par effet de glissement

De plus les sols mous sont aussi défavorables

Si j'utilise des pneu normaux, eux aussi sont moins bon des ces conditions

Le pneu Michelin radial 45-75R16 est de 45 mm de large

Donc c'est un pneu large sur jante 406.4 mm et d'un diamètre extérieur de 466.4 mm

Les pneus étroits sont, à pression de gonflage identique, moins bon qu'un pneu large

ou comment se demmerder sans différentiel