Développement d'un modèle paramétrable pour l'étude de l'influence de la position d'un cycliste sur son aérodynamisme

Le monde du cyclisme est un domaine en expansion constante du point de vue des performances, mais aussi au niveau de l'accessibilité des technologies de haut niveau au grand public. Par exemple, les cadres aérodynamiques professionnels se trouvent de plus en plus en vente pour le grand public. L'entreprise Guru Cycles a développé un système permettant de tester plusieurs positions du cycliste pour tenter d'optimiser le confort, la puissance développée et la position aérodynamique. Toutefois, l'aérodynamisme n'est pas quantifié, mais son évaluation repose sur l'expérience du positionneur et donc sur une évaluation visuel. Ainsi un outil permettant de calculer ou d'estimer quantitativement l'aérodynamisme des différentes positions était nécessaire pour compléter ce système. Les objectifs du projet sont donc de développer et valider un ensemble d'outils permettant de connaître les performances aérodynamiques de n'importe quel cycliste. Pour cela un mannequin surfacique a été développé pour pouvoir réaliser une simulation des flux d'air autour de la surface obtenue. L'utilisation de méthode informatique pour simuler des problèmes portant sur des fluides est nommée la CFD (Computational Fluid Dynamics). Le mannequin paramétrique repose sur un ensemble de mesures obtenues grâce au système Kinect de Microsoft. La modélisation de la surface extérieure du cycliste repose sur un squelette utilisant la modélisation multicorps pour permettre de modifier la position du mannequin. Ainsi plusieurs configurations du cycliste sur son vélo peuvent être simulées permettant ensuite de les comparer. La deuxième partie de la modélisation du modèle est la création d'ellipses s'appuyant sur le squelette. Ces ellipses servent comme support pour la surface, elles sont directement fixées sur le squelette et sont directement paramétrées par leurs petits et grands axes. La personnalisation du modèle nécessite certaines mesures sur le sujet tel que la longueur des différents membres, mais aussi les dimensions des ellipses. Pour cela, l'acquisition consiste en une photo de face et une de profil du sujet grâce au système Kinect en plus d'une acquisition de calibration. La Kinect permet d'obtenir l'emplacement des articulations du sujet de façon automatique et de déduire le squelette du sujet. Les dimensions des ellipses sur les clichés peuvent être déduites en mesurant la largeur du membre voulu correspondant à l'emplacement de l'ellipse sur le modèle en s'appuyant sur les membres du squelette. La combinaison des deux clichés permet d'obtenir les deux dimensions de l'ellipse. Pour les longueurs des segments, la récupération des

Abstract

The world of cycling is a constantly expanding domain from the performance point of view but also regarding the accessibility of the high-level technologies. For example, the professional aerodynamic frames are more and more available to the general public. The Guru Cycles Company developed a system allowing to test several positions of the cyclist to try to optimize the comfort, the developed power and the aerodynamic position. With this system, during the positioning, the aerodynamics is not quantified but its empirical qualitative evaluation is rather based on the experience of the fitter. Therefore, a tool allowing to calculate or to estimate quantitatively the aerodynamics of the various positions was necessary to complete this system. Thus, the objectives of the project are to develop and to validate a set of tools allowing to know the aerodynamic performances of any cyclist. To do so, a surface model was developed in order to realize a simulation of the airflow around the obtained surface. The use of computational method to solve fluid dynamics problems is named the CFD (Computational Fluid Dynamics). The parametric model relies on a set of measures obtained thanks to the Kinect system from Microsoft. The modelling of the outside surface of the cyclist is based on a skeleton using the multi-body modelling to allow the modification of the position of the model. Thus, several configurations of the cyclist on his bike can be simulated, allowing then to compare them. The second part of the construction of the model is the creation of ellipses leaning on the skeleton. These ellipses serve as support for the surface. They are directly fixed to the skeleton and are directly parameterized by their major and minor axis. The personalization of the model requires certain measures on the subject such as the length of the various members but also the dimensions of ellipses. For that purpose, the acquisition consists of two photos, one of front and one of profile of the subject with the Kinect. The Kinect allows to obtain the location of the articulations of the subject in an automatic way and to deduct the skeleton of the subject. The dimensions of the ellipses on acquisition can be realized by measuring the width of the desired member corresponding with the location of the ellipse on the model resting on the skeleton. The combination of both pictures allows to obtain both dimensions of the ellipse. For the lengths of segments the recovery of the lengths of the members is made in a fast way by the use of the locations of the articulations. The measures are directly injected in the model