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 Mesures accéléromètre sur vélo

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pf26
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MessageSujet: Mesures accéléromètre sur vélo   Sam 12 Juil 2014, 20:07

Salut,
J'ai fait des mesures d'accélération en fixation un capteur ADXL862  (3 axes,  +/-8g max) sur mon vélo.
L'enregistreur est tout petit et permet de stocker quand même 1 heure de mesures à 100Hz sur chaque axe. (plus d'un million de mesures). Je pourrais placer cet enregistreur même dans une roue (c'est pour plus tard).
Résultat : sur chemin caillouteux, on a facilement des pics à +4g en vertical (z) sur quelques points (de l'ordre de 10-20millisecondes). Sur route moyenne, à vitesse modérée (20-25km/h), on est régulièrement à +2 à 3g. Dans les autres directions (x=droite/gauche et y=avant/arriève), on reste en dessous de +/-1g.
Le graphique ci-dessous donne les mesures (en millième de g) sur le parcours, moyennées par groupes de 6 (ce qui limite les pics) :
Les mesures complètes sont disponibles ici : http://omegawatt.fr/paille/mesure_accel1.zip
(contient un fichier excel un peu volumineux pour un parcours d'une dizaine de minute + un fichier de test en atelier)
Le parcours (filmé en tps réel avec caméra sur ma tête, pas très bien orientée d'ailleurs) est visible ici :
http://vimeo.com/100580965
La vidéo démarre à 10:09:34, comme les mesures du fichier.
Si ça intéresse des gens, je peux faire des mesures spécifiques, selon mon tps disponible.
Pierre
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cebd
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Sam 12 Juil 2014, 20:15



Bonsoir,
Oui c' est très intéressant !!!!
Il y a un grand nombre de manips à faire,,,,
Pour les chocs sur les nids de poule en fonction de la pression et le type  de pneu,,,les amortisseurs ,, les sièges ,etc etc ,,
corrélation entre vibrations et rendement ,,,
Influence du faux rond des pneus ,,,
Modes propres,,
Exitation des paroies des VM ,,,
La liste est longue,,,,
etc,,


Dernière édition par cebd le Sam 12 Juil 2014, 20:19, édité 1 fois
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Sam 12 Juil 2014, 20:22

Tes mesures scientifiques  Exclamation  bof !!

Par contre pourrais-tu nous montrer l'engin que tu chevauches sur la vidéo, merci
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pf26
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Sam 12 Juil 2014, 20:38

Salut,
Le capteur était fixé sur le châssis, tout près de la roue arrière (700x20C, gonflé à la main, je dirais environ 3bars max). En effet, l'influence de la pression du pneu doit être importante (faut que je trouve l'adaptateur pour mon compresseur). Le poids du pilote doit aussi beaucoup jouer (je pèse 60kg et j'ai pas l'intention de jouer sur cette variable - faudra donc voir avec d'autres pilotes ou sur d'autres vélos, notamment en carbone).
Pour le vélo utilisé, c'est mon vélo à roue avant creuse déjà évoqué :
http://velorizontal.bbfr.net/t19119-velo-couche-a-roue-avant-creuse-premier-proto
Toute petite vidéo de ce qu'il est devenu :
http://vimeo.com/100588992
Pas encore réussi à faire une vidéo sympa, ça viendra.
J'aime bien rouler avec ce vélo maintenant. Son habillage est dans l'air, en impression 3D. D'ici quelques semaines, ou mois ?
Pierre
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Sam 12 Juil 2014, 21:06

pf26 a écrit:
Résultat : sur chemin caillouteux, on a facilement des pics à +4g en vertical (z) sur quelques points (de l'ordre de 10-20millisecondes). Sur route moyenne, à vitesse modérée (20-25km/h), on est régulièrement à +2 à 3g. Dans les autres directions (x=droite/gauche et y=avant/arriève), on reste en dessous de +/-1g.

Selon l'usage, il peut etre interessant de retrancher la valeur au repos pour l'axe Z: si le but c'est de voir les sollicitations du cadre, evidement il supporte l'ensemble des forces donc la valeur absolue est bien; par contre si l'on veut evalier le confort percu par le pilote, il parait plus interessant de parler des valeurs par rapport a une reference qui n'est pas l'apesanteur mais la situation a l'arret, donc de retrancher l'acceleration de la pesanteur.

Euh sinon, elle vient d'ou cette jolie "breakout board"? Pas Adafruit a priori, j'ai pas regarde ailleurs.
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chabizar
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Dim 13 Juil 2014, 01:11

pf26 a écrit:

Toute petite vidéo de ce qu'il est devenu :
http://vimeo.com/100588992

Salut,
aahhh je suis rassurée par le rayonnage radial ; rien que d'imaginer un croisement par 1 j'entendais les rayons couiner de douleur.
Bon ça doit faire un paquet de mois que je dois finir un courriel à t'envoyer, je vais finir par y arriver, certainement  Embarassed Mais le contenu risque d'être caduque  Rolling Eyes 

Joli travail sur le cadre en bois ! C'est tendance le cadre bois dans la Drôme (je pense au Mosquito).
L'avantage d'avoir le pédalier un peu plus bas que l'assise c'est que le trajet de chaîne est rectiligne et élimine tout besoin de poulie.
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Dim 13 Juil 2014, 10:23

ce genre de capteur ne mesure pas la composante continue, donc pas la peine de corriger pour la pesanteur. Mais du coup sa bande passante commence à quelque chose comme 5Hz. Du coup les mouvements basse fréquence ne sont pas mesurés correctement.
Sur un vélo comme celui-ci, pas très rigide a priori, les 1ers modes propres (avec bonhomme dessus) vont se situer vers 10-20Hz (flexion) et 20-30Hz torsion.
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Dim 13 Juil 2014, 10:49

Ah... mais alors, pourquoi sur le graphique poste plus haut, les composantes en X et Y ont une valeur moyenne a 0, alors que celle en Z est centree sur 1000?

En fait, c'est surtout que dire "il y a des pics a 2G", ca fait des pics 2x plus hauts si la base est 0 ou si la base est 1, c'est juste la ou j'espere une clarification ;-)
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Dim 13 Juil 2014, 19:47

Comme dit sleibt, on voit notamment le Z autour de 1000mg en temps normal, on mesure bien les composantes continues d'accélération. (voir également le petit fichier XL de test). Lorsque j'ai parlé de pics à +4g, c'était en plus du 1g normal, mais effectivement, pour dimensionner, faudrait prendre 5g...
La bande passante du capteur est donnée à plus de 400Hz, et j'ai un filtre passe bas pour récupérer des échantillons à peu près propres à 100Hz. Je pourrais faire des enregistrements à 400Hz, mais ça complique pas mal mon datalogger (et ça fait vraiment beaucoup de mesures à enregistrer, ou alors à prendre les min et max seulement sur une période). Pour les modes propres, je n'ai rien vu de flagrant, mais je vais regarder. L'objectif pour moi est d'avoir un peu plus de billes sur la façon de dimensionner un cadre, je n'avais pas pensé à la problématique confort, intéressante à regarder aussi.
@chabizar: tu avais raison, le rayonnage radial était la seule solution - les autres rayons que j'ai fait faire n'ont même pas essayé de couiner. Le bois est en effet tendance par ici, mais coté qualité de mise en oeuvre le Mosquito n'est tout de même pas dans la même catégorie que ma bricole.
La breakout board vient de Farnell mais tu trouveras bien moins cher chez Sparkfun si tu as un peu le temps...

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cebd
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Dim 13 Juil 2014, 20:13

pf26 a écrit:
pour dimensionner, faudrait prendre 5g...
Bonsoir,
La ruine du mobile surviendra sur un choc dont l'accélération n est pas la seule caractéristique,,
Le produit accélération *  temps est plus significatif,
L énergie de rupture dépend de la nature des matériaux et des déformées,
Sur un échelon unitaire comme un nid de poule la réponse va décider des contraintes,
Les modes propres seront alors utile pour aider à localiser les parties fragiles,
D autant plus que la ruine peut apparaitres sur un mode très surtendu,,,

Enfin , c est une simple petit avis ,,,personnel,,,
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pf26
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Lun 14 Juil 2014, 08:53

Dans mon esprit, il s'agissait de connaitre un ordre de grandeur de la contrainte sur la poutre qui constitue le cadre de mon vélo, entre les 2 roues. Pour cela, j'applique environ 2/3 de la masse pilote à l'accélération mesurée (compte tenu de la position du CDG sur la poutre, et donc en supposant que l'autre extrémité de la poutre n'a pas d'accélération à ce moment-là) et j'en déduis une force, d'où une contrainte max dans la poutre. OK, c'est une grossière approximation, mais ça me semble mieux que rien. Qu'en pensez-vous ?
Je pensais que la légèreté du cadre et les faibles déplacements en jeu me permettaient de négliger la dynamique, mais vos remarques me mettent le doute... Au mieux, j'ai une idée des efforts dans la roue arrière et sur le moyeu.. (d'ailleurs, je vais essayer pour comparer avec la roue avant)
Voyez vous un moyen d'améliorer la pertinence de ces mesures ? Peut-être que procéder par comparaison de mesures (quand on fait varier un seul paramètre, du style pression pneu) apporte des infos plus fiables ?

@cedb, Par mode "très surtendu", tu veux parler d'une résonnance ou d'un couplage de plusieurs efforts qui s'additionneraient à ce moment-là ?
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Lun 14 Juil 2014, 09:08

pf26 a écrit:
,,,,,,@cedb, Par mode "très surtendu", tu veux parler d'une résonnance ou d'un couplage de plusieurs efforts qui s'additionneraient à ce moment-là ?,,,,
Bon matin ,
Si un mode propre est peu amorti il peut atteindre des élongations entrainant la rupture ,soit sur un choc, soit par une mise en résonnance progressive,,,,
Le premier mode en flexion est plus ou moins amorti par les pneus,(sur un choc la ruine survient par rupture du cadre)
Le premier mode en torsion est peu amorti et rebouclé par la direction,,, il conduit aux guidonnages, sans risques de rupture mais bien plus inquiétants car sournois,,,
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Mar 15 Juil 2014, 09:52

pf26 a écrit:
Dans mon esprit, il s'agissait de connaitre un ordre de grandeur de la contrainte sur la poutre qui constitue le cadre de mon vélo, entre les 2 roues. Pour cela, j'applique environ 2/3 de la masse pilote à l'accélération mesurée (compte tenu de la position du CDG sur la poutre, et donc en supposant que l'autre extrémité de la poutre n'a pas d'accélération à ce moment-là) et j'en déduis une force, d'où une contrainte max dans la poutre. OK, c'est une grossière approximation, mais ça me semble mieux que rien. Qu'en pensez-vous ?

ça me parait être une bonne démarche. Je ferais un poil différent, je placerai l'accéléromètre le plus près possible du CdG, sur le siège, pour être en bout de chaîne de tous les amortissements depuis le sol jusqu'au cycliste. Les accélérations mesurées sont alors exactement celles que vont subir le cycliste. il n'y a plus qu'à multiplier sa masse par l'accélération pour avoir l'effort en statique sur la poutre. En multipliant par un coef de securité celà donne la charge ultime. C'est une méthode de calcul qui a fait ses preuves et qui est très fiable. L'intérêt de la construction bois donne alors tout son potentiel comparé aux autres matériaux: en effet les caractéristiques d'amortissement sur un large spectre de frequence font que les accélérations mesurées au CG vont être beaucoup plus faible que pour n'importe quel autre matériau (cadre acier, alu ou carbone non suspendu bien sûr). Je ferais le test de mesure dans le cas le plus défavorable: pneux fins gonflés au max (8 bars).

Une autre stratégie de calcul consiste à mesurer le spectre de frequence lors d'un roulage au plus près de la roue, et d'injecter ses valeurs dans un calcul FEA en dynamique. Franchement, c'est hors de portée car il va falloir connaître les lois d'amortissement des différents constituants du vélo ainsi que la modélisation des assemblages, collages et autres. Du travail pour un BE de 15 personnes pendant un an pour un résultat super dur à vérifier avec des moyens artisanaux. Vipère noire est un expert là dedans, peut être a-t-il une opinion différente.
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vipere noire
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Mar 15 Juil 2014, 11:57

Parfaitement Gluon, je suis d'accord.
Avec plusieurs accelero, 2 aux roues et un au CG, il y a moyen de sortir une fonction de transfert (en gros un rapport de spectres) pour savoir ce que le cadre amorti ou amplifie par rapport aux roues. Ensuite en faisant des modif on peut juger de leur intérêt / efficacité en comparant les fonctions de transfert.

Cela dit, je mesure des µm voire des nm, alors un vélo sur route cabossée c'est un autre monde!
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Mar 15 Juil 2014, 16:39

J'ai fait des mesures avec le capteur collé sur le cadre, sous la fixation du siège. Le résultat est assez similaire, avec un peu moins d'accélération selon la verticale et un peu plus dans l'axe d'avance du vélo.
http://omegawatt.fr/paille/mesure_accel2.zip
Il y a eu un passage sur trou un peu plus violent, où on atteint 4g, y compris la pesanteur:

(attention, l'orientation des axes a changé par rapport à la précédente disposition)
J'essayerai en gonflant un peu plus le pneu arrière.

Pour info, le capteur est aussi dispo chez evola.fr  (Il y a également un gyro numérique abordable qui donnerait des infos complémentaires)
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Mar 15 Juil 2014, 17:33

salut Pf26,

je comprend certes l'intérêt des mesures,(et pourtant je ne suis pas Papy Volant.....),
mais en final,ça reste bien mystérieux à me yeux pour la FINALITÉ de la chose?!
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Mar 15 Juil 2014, 18:47

Tu peux toujours reproduire le signal sur un banc d'endurance a 3 vérins pour voir où ça casserait
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Mar 15 Juil 2014, 19:11

c'est génial, j'y ai pensé toute la journée, c'est ce genre d'infos qui étaient hors de portée il y a quelques années, et ça confirme l'expérience.
Maintenant la démarche en général que j'adopterais:

sur un parcours représentatif de plusiers km sur divers revêtements, vitesses, etc acquérir un max de données sur une grande plage de vitesses.
ensuite est-il possible de faire un ptit programme pour classer par catégorie 0-1g , 1g-2g , 2g-3g etc ainsi que leur occurences
voir à quelle population statistique on a affaire (distribution weibull, normale, gaussienne ? )
en tirer la valeur de g pour une probabilité de -par exemple- 95%
on se cale sur cette valeur pour dimensionner la rigidité du cadre (on ne souhaite pas qu'il se tortille dans tous les sens pour les valeurs usuelles )
les valeurs plus extrêmes avec une probabilité d'occurence servent à dimensionner à la rupture.
Les valeurs extremes majorées d'un coef de securité permettent de calculer toute la visserie
On peut discuter le cas ultime avec une proba super rare que l'on peut choisir d'ignorer (risque pris en général pour le matos de compétition mais pas pour l'utilitaire)

Pour répondre aux sceptiques ça permet en fait de determiner les efforts réalistes à intégrer pour le calcul d'une pièce. Prendre le cas le plus sevère pour dimensionner un cadre à la rigidité c'est assez idiot je trouve. Surtout pour un cycliste leger.

Pour en revenir aux vibrations ma très modeste expérience m'a enseigné que pour une poutre assez longue de vélo couché c'est la rigidité en torsion qu'il faut chercher. Une analyse qualitative toute bête des premiers modes propres avec un logiciel EF permet de soulever des gros lièvres, et aussi de débugger le modèle EF.
Ensuite, une fois qu'on a la bonne rigidité en torsion, la rigidité en flexion est souvent sufisante et permet de bonnes déformations, indispensables pour le confort, la tenue de route et la solidité. J'ai jamais vu un cadre de vélo qui entrait en résonnance en flexion. Par contre la torsion c'est vite arrivé, surtout avec du bois et une charge excentrée genre porte bagage + sacoches.
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MessageSujet: Re: Mesures accéléromètre sur vélo   Mar 15 Juil 2014, 21:30

Le but du jeu pour moi, c'est un jour de refaire un vélo à roue avant creuse, mais plus rigide et léger (8kg?) sans être trop fragile.
Sinon, pour ceux que ça intéresse et aurait du temps pour s'y atteler, ce genre de mesures est une mine d'information (ce serait mieux s'il y avait plusieurs capteurs en même temps.. ). Je n'ai guère trouvé de projet de ce type (hormis pour faire une cartographie de l'état des routes à l'aide d'enregistreurs accélérométriques couplés à un GPS)

Pour ce qui est de la statistique, j'ai fait un petit modèle avec les dernières mesures :


Je ne suis pas très convaincu, car il me semble que les points importants (>2g)  sont marginaux (quelques occurences sur des dizaines de milliers de mesures). Je ne suis pas fan de stat, peut-être quelqu'un saura tirer qqch des données que j'ai postées.
Pour l'analyse de la torsion, je pense qu'un gyroscope (qui mesures les accélérations angulaires selon les 3 axes) sera bien mieux. J'essayerai peut-être, mais pas avant quelques semaines.
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