OpenSCAD

Edit:20 nov. 2019, Cre:10 nov. 2019

Simulateur de vélo couché 'BentSim'

Simulation 3D de vélo couché et tracé des épures de direction

Cette application est prévue pour concevoir la géométrie d’un vélo couché bicycle, tricycle ou quadricycle et en particulier son épure de direction.
Elle génère simplement l’épure et ne fait pas de calcul (sauf celui de la chasse et du ‘basculement de roue’). L’épure de direction peut être exportée au format ‘DXF’.
Tous les types de vélos couchés sont possibles, à l’exclusion des vélos à traction directe. On peut créer un tricycle Tadpole ou Delta, un quadricycle ou une bicyclette SWB (empattement court) ou LWB (empattement long).
La direction est conçue suivant l’épure d’Ackermann non corrigée.

Il est aussi possible de faire un modèle visuellement relativement complet avec un cycliste, un châssis du type ‘monopoutre’, une transmission et une direction dessus ou dessous le siège. Un siège ‘filet’ est disponible.
Une fois complété, le modèle peut être exporté sous forme d’un volume simple (sans couleurs) au format ‘stl’.
On peut aussi projeter tout ou partie du modèle en 2D et exporter ces vues 2D au format DXF. Typiquement, on fera une projection du cadre.

La taille du modèle de cycliste peut varier et pour une même taille, la proportion entre la longueur des jambes et celle du buste est ajustable.
Deux tailles de cyclistes peuvent être affichées simultanément sur le modèle.

Après avoir défini la géométrie, vous devez projeter le modèle pour pouvoir l’exporter au format DXF, utilisable dans tout logiciel de CAO/DAO.

Installer l’application

Cette application utilise comme moteur OpenSCAD qui est un modeleur 3D programmable.
Il faut installer OpenSCAD sur votre machine et installer l’application BentSim dans un répertoire de votre choix. BentSim est disponible ici:
https://github.com/PRouzeau/BentSim
la procédure d’installation d’une application OpenSCAD est décrite ici:
http://rouzeau.net/OpenSCAD/Applications

Modéliser un vélo couché

Pour pouvoir modéliser un vélo, il faut d’abord avoir installé l’application BentSim en suivant les recommandations du fichier ‘Lisez_moi.txt’ et de la page Internet http://rouzeau.net/OpenSCAD/Applications

Pour modéliser un vélo, il est recommandé de partir d’un des exemples.
Une fois choisi votre exemple, créez un nouveau jeu de données en appuyant sur le bouton [+] du panneau de personnalisation (en haut). Donnez un nom à votre modèle (vous pourrez le changer à tout moment).
Ensuite vous pouvez modifiez tous les paramètres, sans oubliez de les enregistrer de temps à autre avec [Enregistrer jeu param.] Rien ne vous empêche de modifier les exemples mais les valeurs d’origines seront alors perdues. Avant d’avoir enregistré, vous pouvez revenir aux paramètres de l’enregistrement précédent avec [Réinitialiser]. Une fois enregistré, les nouvelles données deviennent le point de départ. Attention, une mise à jour du programme effacera vos données, qui sont enregistrées dans le fichier ‘BentSim.json’ qu’il conviendra de sauvegarder.

Les données principales

Les dimensions principales sont dans l’onglet [Dimensions]. Il faut noter que la taille des pneus est prise en compte dans la hauteur de l’axe de roue et que modifier la taille du pneu change la géométrie du vélo. Vous pouvez définir une taille de pneu maximum qui ne joue pas sur la géométrie mais sera
affichée avec les surfaces de contrôle.
Pour modéliser une bicyclette, il suffit de donner une voie avant et arrière nulle, ainsi qu’un carrossage nul. Il n’est pas (actuellement) possible dans OpenSCAD de cacher ou griser les paramètres inutiles.

Le(s) cycliste(s)

Les dimensions du cycliste et sa position sont définies dans l’onglet ‘Cycliste’.
Les deux dimensions principales sont l’angle du dos qui définit l’angle du siège et l’angle des jambes (on ne peut pas régler l’angle d’une jambe par rapport à l’autre, il faut tourner le pédalier). On peut modifier la pliure de la jambe pliée pour s’ajuster à la pédale. La position en hauteur des bras et le pincement des bras et avant-bras permet de définir la prise du guidon.

On peut définir un deuxième cycliste qui peut être affiché en même temps que le premier. Selon le type de vélo, on choisit soit de déplacer le deuxième cycliste le long d’une ‘glissière de siège’ ou de déployer une bôme et un deuxième pédalier sera affiché en complément du premier.
Ces deux actions peuvent être simultanées. L’angle de déploiement de la bôme est celui de la poutre en arrière du pédalier défini dans l’onglet [Cadre].

Que peut-on afficher?

L’onglet [Affichage] permet de sélectionner les parties que l’on souhaite afficher. En sus des éléments mécaniques et du cycliste, on peut afficher les lignes d’épures. L’affichage des surfaces de contrôle trace des surfaces permettant de valider la géométrie (plan dans l’axe de direction, volume occupé par la roue lorsque l’on tourne le guidon, pneus et garde-boues de taille maximum, cylindre montrant la position des articulations de V-brake).

L’angle de vue

L’onglet [Camera] vous permet de forcer l’affichage suivant une perspective préenregistrée ou un axe. Désactivez cette option immédiatement après usage, sinon chaque aperçu reviendra a la même vue.

Le cadre

L’onglet [Cadre monotube] permet de définir un cadre monotube (circulaire ou rectangulaire). Un tube rectangulaire est sélectionné en lui donnant une hauteur (sinon c’est un tube rond). Le cadre comporte quatre sections droites derrière le pédalier (T1 à T4) et une section vers l’avant (T0).
Sur un cadre tubulaire circulaire, les sections droites sont reliées par un coude dont le rayon est un paramètre. Les tubes rectangulaires sont coupés à l’angle sans coudes.

Le cadre entier est positionné par rapport au pédalier (défini dans l’onglet[Transmission]), ce qui fait qu’un déplacement du pédalier déplace le cadre. Si le pédalier se trouve sur une bôme, vous pouvez définir une deuxième position du pédalier dans l’onglet [Cycliste] avec les paramètres du 2ème cycliste.
Les segments de tube et les angles/cintrages sont appelés Tn et An.
L’angle des tubes T0 et T1 par rapport à l’horizontale est donné par l’angle A0.
S’il n’y a pas de section à l’avant du pédalier (T0=0), la section juste derrière le pédalier est considérée comme une bôme ajustable.
Mettre la longueur d’une section droite à 0 l’enlève et l’angle à 0 enlève le coude. Souvent, la dernière section arrière (A3 et T4) est inexistante.
Les angles peuvent être positifs ou négatifs pour plier le cadre dans un sens ou dans l’autre.
Il est possible d’ajouter un tube de renfort qui part de la deuxième section derrière le jeu de pédalier (T2).

Support de roue arrière

Il y a un onglet dédié pour définir le support de roue arrière.
Vous pouvez avoir une roue arrière fixe (‘hardtail’) ou suspendue.
Dans le cas d’une roue non suspendue, il suffit de définir les bases et les haubans.
Après avoir défini un diamètre commun aux bases et haubans, vous définissez leurs orientation, suivant l’axe axe y (horizontal) ou l’axe z (vertical) ainsi que les longueurs.
Notez que si vous n’avez pas de haubans (si la roue n’est supportée que par des bases renforcées), une longueur de 0 supprimera les haubans.
Pour définir une roue arrière suspendue, il suffit de positionner son axe d’articulation. Une position horizontale égale à zéro permet de retirer le châssis de la suspension arrière.
Notez que le mouvement en rotation du châssis arrière est basé sur la position de l’axe et la course verticale de la roue. Cela signifie que si l’axe n’est pas correctement positionné, le calcul peut être impossible, ce qui sera signalé dans la fenêtre de la console.
Le châssis de suspension arrière commence par un tube central articulé sur le cadre principal. Il sera orienté à l’angle désiré.
Les bases et haubans seront ensuite définis de façon indépendante pour se raccorder sur le tube principal du châssis de suspension arrière.
Un amortisseur est positionné le long du tube central du châssis arrière (à environ 150 à 200 mm de l’axe d’articulation) puis orienté à une position adéquate pour être relié au châssis principal.
Le support d’articulation du châssis arrière et le support d’amortisseur sur le cadre principal doivent être orientés pour s’aligner avec les tubes du cadre principal et se raccorder correctement. Rappelez-vous que sur le cadre principal, vous pouvez avoir un tube de renfort relié au troisième segment qui peut être utilisé pour connecter un amortisseur.

La longueur de l’amortisseur affichée est sa longueur à vide moins la compression normale (‘sag’). La compression normale due au poids du vélo et du pilote. En général, cette compression est de 20 % de la course de l’amortisseur pour un VTT, mais sera plus élevée pour un vélo utilitaire (l’amortisseur est réglé pour être plus “souple”). Typiquement pour un amortisseur pneumatique de 190mm avec un débattement de 50mm, la compression normale pour un VTT est de 10mm. Cela signifie que la course de travail restante est de 40 mm. Notez que la course approximative de l’amortisseur est affichée dans la fenêtre de la console et vous devez ajuster votre géométrie et la position de l’amortisseur pour obtenir la valeur visée. Pour un amortisseur de course 50 mm avec une compression normale de 13 mm, la géométrie et le débattement de la roue doivent être ajustés pour avoir une course restante de 37 mm (c’est la valeur des exemples, mais notez que le débattement de la roue est différent dans ces deux exemples).

Vous pouvez visualiser la position de la roue lorsqu’elle est dans sa position la plus haute (suivant la course verticale définie) dans l’onglet [Affichage] en sélectionnant [Affichage la roue arrière relevée]. Notez que ceci sera également affiché lorsque vous demanderez d’afficher les surfaces de contrôle. La différence est que lors de l’affichage des surfaces de contrôle, le pneu (et le garde-boue) utilisé est à la taille maximale telle que définie dans l’onglet [Dimensions], et non la taille courante.

Il sera très utile de jeter un coup d’œil aux deux exemples de vélos couchés à suspension arrière, notamment parce qu’ils sont construits très différemment (l’un avec un châssis arrière en structure traditionnel, l’autre avec un seul bras robuste et des bases renforcées).

La transmission

L’onglet [Transmission] permet de définir la position du boîtier de pédalier ainsi que la taille des manivelles et leur positionnement angulaire pour les mettre face aux pieds du cycliste.
Il est rappelé que des manivelles courtes doivent être préférées pour un vélo couché.
On donne aussi le nombre de dents du plateau (il n’y en a qu’un) et on définit la ligne de chaîne. Les chaînes sont orientées depuis le plateau avant et depuis le pignon arrière. Il y a des poulies associées aux chaînes partant du plateau.
Ces poulies peuvent être sur un axe commun et la chaîne peut passer dessus ou dessous. Les chaînes partant de l’arrière sont ajustées manuellement pour rejoindre les poulies. Si vous voulez faire une ligne de chaîne directe, donnez une longueur nulles aux chaînes avant, ce qui supprimera les poulies et allongez les chaînes arrières jusqu’au plateau.

La direction

L’onglet direction permet de définir le type de guidon, ses dimensions et celle de la potence et du tube de direction.
Le guidon peut être positionné sur la potence de direction ou sous le siège. L’angle du pivot de direction sous le siège peut être ajusté (il est souhaitable que les mains soient dans le plan du pivot de direction pour avoir un comportement neutre lorsque l’on tire ou pousse le guidon).
Il existe quatre types de guidons:

  • Le guidon “direct” de tricycle ‘tadpole’ connecté aux tubes de direction
  • Le “guidon cintré” qui évolue d’un guidon pratiquement plat à un guidon long de ‘chopper’ suivant la hauteur qu’on lui donne.
  • Le guidon “hamster”, petit guidon en vé étroit avec les mains très rapprochées (d’où son nom). La hauteur du guidon elle-même n’est pas réglable (mais on peut ajuster la potence et le tube de direction)
  • Le guidon “U-bar”, originellement prévu pour envelopper les genoux mais qui peut aussi être positionné dessous le siège (en le réorientant). Lorsque l’on ajuste sa hauteur, c’est seulement le premier segment qui est modifié, la longueur du segment portant les poignées reste constante.

La largeur de ces guidons n’est pas réglable. Hauteur minimum 270mm pour un affichage correct.

Le texte descriptif

On peut écrire dans l’onglet [Texte descriptif] un texte qui sera affiché au complet dans la projection des épures et les quatre premières lignes dans la vue 3D.

L’aspect visuel

L’onglet [Cosmétique et accesoires] permet de donner un aspect plus réaliste à votre modèle en indiquant la présence d’un drapeau, d’un phare avant et en choisissant le nombre de rayons de chaque roue, en ajustant leur position.
Un angle d’ajustement nul induit un rayonnement radial.
On définit l’angle de départ et le secteur des garde-boues.

Le choix des couleurs

l’onglet [Couleurs] permet de définir les couleurs des éléments du vélo et des cyclistes. Le nom des couleurs est celui des couleurs web HTML que l’on peut trouver ici: https://fr.wikipedia.org/wiki/Couleur_du_Web
Attention, les couleurs des cyclistes sont définies dans un tableau, il faut respecter guillemets, virgules et crochets.

Sélection de certains éléments

Beaucoup d’éléments ne sont affichés que s’ils ont une dimension (tube à l’avant du boîtier de pédalier, tube de renfort du cadre, garde-boues, poulies de chaîne) et les feux ne sont affichés que si ils ont une couleur.

Exportation vers un fichier externe

Dans l’onglet [Affichage] on peut choisir les projections que l’on va exporter vers d’autres logiciels. La projection de l’épure ne tient pas compte des éléments sélectionnés pour l’affichage sauf l’affichage des arbres que vous préférerez souvent désactiver pour une meilleure lisibilité.
Par contre, les autres projections prennent en compte tout ce qui est affiché. Comme le calcul de ces projections prend un certain temps, on sélectionnera éventuellement uniquement les éléments les plus importants (cadre). Le calcul des roues notamment prend un peu de temps.
La prévisualisation qui est faite après toute modification de variable ne permet pas d’exporter un fichier, il faut d’abord effectuer un ‘calcul de ‘rendu’ en appuyant sur [F6] ou sur le bouton dédié. Il est très recommandé de sauvegarder les données avec [Enregistrer jeu param.] avant tout calcul de
rendu, ce qui vous permet de sortir du programme en toute sécurité si le calcul s’éternise ou que vous avez changé d’avis. Les données ne sont JAMAIS sauvegardées automatiquement.
Une fois le calcul de rendu effectué, on peut exporter un fichier au format ‘DXF’ (format d’exportation AutoCAD) qui est accepté par la quasi-totalité des logiciels de CAO.
Ceci se fait avec [Fichier][Exporter][Exporter comme DXF].
On peut aussi effectuer une exportation du volume (sans les couleurs) au format ‘STL’ en ayant préalablement effectué un rendu de la vue 3D. Il existe une possibilité théorique d’exporter le modèle 3D vers FREECAD avec le format de fichier ‘CSG’ mais actuellement FREECAD a divers problèmes de
gestion de ce format (mais ceci pourrait évoluer).

A propos des exemples

Les exemples sont adaptés à une personne de taille moyenne, sauf pour le ‘high racer’ ou les roues de 700 ne sont accessibles qu’aux personnes suffisamment grandes.
Aucun des exemples ne correspond à un vélo réel même s’ils s’inspirent de vélos existants.

Le siège ‘filet’ est modelé d’après un siège RANS (celui du Stratus).

A propos du modèle de cycliste

La proportion entre la longueur des jambes et la longueur du buste varie de manière importante d’une personne à l’autre et d’une manière générale les femmes ont les jambes proportionnellement plus longue que les hommes. Le modèle du cycliste n’est pas très perfectionné mais l’articulation de la hanche a été modifiée pour qu’elle soit vers le haut car une articulation au milieu comme trop souvent modélisée est complètement irréaliste et aboutissait a des erreurs sur le dimensionnement des vélos. Je n’ai pas modifié l’articulation du genou (qui est au milieu au lieu d’être sur l’avant du genou) donc les angles de pliage ne sont pas réalistes. Je me suis basé sur mes propres proportions aussi la généralisation est a prendre avec un peu de recul. La confiance que vous pouvez accorder à ce modèle est limitée, il faudrait faire des études biomécaniques plus poussées. La longueur de l’entrejambe est affichée dans le fenêtre de console.

Crédits et liens

© Pierre ROUZEAU CC BY-SA 4.0
Page descriptive et utilisation
http://rouzeau.net/OpenSCAD/BentSim
Manuel d’installation
http://rouzeau.net/OpenSCAD/Applications
Téléchargement et fichiers source
https://github.com/PRouzeau/BentSim

(c) Pierre ROUZEAU
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Page mise à jour le 20/11/2019 12:55