Quantification de la maniabilité des vélos : évaluations et contributions aux approches expérimentales et théoriques

Handling quality quantification of bicycles : assessments and contributions to experimental and theoretical approaches

• Auteur / Autrice : Jules Ronné
• Direction : Thomas Robert, Laura Dubuis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance le 18/12/2024
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs
• Jury : Président / Présidente : Sylvie Ronel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Robert, Laura Dubuis, Floren Colloud, Hocine Imine, Pauline Michel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Floren Colloud, Hocine Imine

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation prédictive

Évaluation

Analyse du mouvement

Maniabilité

Bicyclettes

Mots clés libres

Vélo

Contrôle humain

Maniabilité

Subjectif

Indicateurs

Charge de travail

Bicycle

Human control

Handling quality

Subjective

Indicators

Workload

Résumé

L'usage des véhicules à deux-roues en ligne s'intensifie et se diversifie, particulièrement en milieu urbain. Or, la maniabilité (facilité et performance de conduite) de ces véhicules est peu abordée dans la littérature scientifique. Garantir une bonne maniabilité pour ces nouveaux véhicules est donc un enjeu important en terme de confort, de performance et de sécurité des usagers de la route. Cette thèse se penche donc sur l'évaluation de la maniabilité des véhicules à deux-roues en ligne, et plus spécifiquement des vélos urbains. Le premier axe de travail concerne l’évaluation subjective de la maniabilité des vélos. En effet, les méthodes subjectives classiquement utilisées dans la littérature vélos restent relativement simplistes par rapport à ce qui peut être fait dans d’autre domaines concernant l’évaluation de produits. Nous avons donc proposée une nouvelle approche permettant de détecter des variations de ressentis plus fines que les méthodes classiques. Cette méthode est évaluée sur les données issues de deux protocoles expérimentaux sur participants réalisés au LBMC et au Bicycle Lab de TU Delft aux Pays-Bas lors d’une mobilité de deux mois. Ces protocoles ont permis d'établir une base de données incluant évaluations subjectives et analyse du mouvement. La mise en œuvre de ces approches subjectives reste toutefois contraignante. C'est pourquoi des indicateurs expérimentaux objectifs (basées sur des mesures expérimentales objectives) ont été proposés dans la littérature. Un deuxième volet de ce travail de thèse a donc consisté à recenser les indicateurs objectifs existants et à évaluer leur validité. Cette évaluation se base sur les données cinématiques et subjectives de la base de données construite dans cette thèse. Enfin, le troisième axe concerne les indicateurs théoriques prédictifs basés sur des modèles de la dynamique du véhicule. Ces indicateurs permettraient d’évaluer la maniabilité des vélos dès la phase de conception, sans passer par un test expérimental sur un prototype. Nous avons d’abord effectué une revue de littérature de ces indicateurs et de leur validité. Cette revue est ensuite complétée par la proposition d’un nouvel indicateur issu de la théorie du contrôle des systèmes dynamiques dont la pertinence et ensuite discutée par rapport aux résultats de la base de données construite dans la thèse.

The use of single-track vehicles is intensifying and diversifying, particularly in urban areas. Yet the scientific literature has paid little attention to their handling quality (ease and performance of riding). Ensuring good handling quality for these new vehicles is an important issue in terms of comfort, performance, and safety for road users. This thesis focuses on assessing the handling quality of single-track vehicles and, more specifically, urban bicycles. The first line of work concerns the subjective evaluation of bicycle handling quality. Subjective methods classically used in the bicycle literature remain relatively simplistic compared with what can be done in other fields concerning product evaluation. We have, therefore, proposed a new approach that enables us to detect variations in subjective perception that are more refined than conventional methods. This method is evaluated on data from two experimental protocols on participants carried out at LBMC and the Bicycle Lab at TU Delft in the Netherlands during a two-month mobility period. These protocols established a database including subjective assessments and movement analysis. However, the implementation of these subjective approaches remains restrictive. This is why objective experimental indicators (based on objective experimental measurements) have been proposed in the literature. A second aspect of this thesis work therefore involved taking stock of existing objective indicators and assessing their validity. This assessment is based on the kinematic and subjective data in the database constructed in this thesis. Finally, the third axis concerns theoretical predictive indicators based on vehicle dynamics models. These indicators would make it possible to assess bicycle handling quality from the design phase, without the need for experimental testing on a prototype. We began with a literature review of these indicators and their validity. This review is then supplemented by the proposal of a new indicator derived from the control theory of dynamic systems, whose relevance is then discussed in relation to the results of the database constructed in the thesis.