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Drag force mechanical power during an actual propulsion cycle on a manual wheelchair - 04/03/09

Puissance mécanique des forces de freinage au cours d’un cycle de propulsion en fauteuil roulant manuel

Doi : 10.1016/j.irbm.2008.10.002 
C. Sauret a, , P. Vaslin a, M. Dabonneville a, M. Cid b
a LIMOS, UMR 6158 CNRS, université Blaise-Pascal–Clermont-Ferrand-II, école doctorale sciences pour l’ingénieur, ISIMA, BP 10125, 63173 Aubière cedex, France 
b LMP, UMR 5469 CNRS, université Bordeaux-I, 351, cours de la Libération, 33405 Talence cedex, France 

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Abstract

The object of this study was to compute the mechanical power of the resultant braking force during an actual propulsion cycle with a manual wheelchair on the field. The resultant braking force was calculated from a mechanical model taking into account the rolling resistances of the front and rear wheels. Both the resultant braking force and the wheelchair velocity were not constant during the propulsion cycle and varied according to the subject’s fore-and-aft and vertical movements in the wheelchair. These variations had logical repercussions on the braking force mechanical power, which ranged from 20.6 to 34.5W (mean=29.6W) during the propulsion cycle. The mechanical power was also calculated from the conditions of a classical drag test, by the product of the cycle mean velocity and a constant braking force corresponding to a 60% rear wheels distribution of the subject-and-wheelchair’s weight. This second mechanical power (32.4W) was 10% higher than the average of the instantaneous power. Beyond the need of a clear definition of the two phases of the propulsion cycle, this study showed that the assumption on wheelchair locomotion usually admitted on laboratory ergometers cannot be applied in field studies, and that the kinetic energy variations during the cycle propulsive phase should be considered for evaluating the subject’s mechanical work and power.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

L’objet de cette étude était de calculer la puissance mécanique des forces de freinage pendant un cycle de propulsion en fauteuil roulant manuel sur le terrain. La résultante des forces de freinage a été calculée à partir d’un modèle mécanique prenant en compte la résistance au roulement des roues avant et arrière. Aussi bien la résultante des forces de freinage que la vitesse du fauteuil n’étaient pas constantes pendant le cycle de propulsion et variaient avec les mouvements antéropostérieurs et verticaux du sujet dans le fauteuil roulant. Ces variations se répercutaient logiquement sur la puissance des forces de freinage, qui variaient entre 20,6 et 34,5W (moyenne=29,6W) pendant le cycle de propulsion. La puissance mécanique a été également calculée à partir des conditions d’un test de décélération classique, par le produit de la vitesse moyenne du cycle et d’une force de freinage constante correspondant à une répartition de 60 % du poids du système (sujet+fauteuil) sur les roues arrière. Cette seconde puissance mécanique (32,4W) était supérieure de 10 % à la moyenne des puissances instantanées. Au-delà de la nécessité d’une définition claire des deux phases du cycle de propulsion, cette étude a montré que les hypothèses sur la locomotion en fauteuil roulant communément admises sur les ergomètres de laboratoire ne peuvent pas être appliquées aux études sur le terrain, et que la variation d’énergie cinétique pendant la phase propulsive du cycle devrait être prise en compte pour évaluer le travail et la puissance mécaniques du sujet.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Braking force, Mechanical power, Manual wheelchair, Actual condition

Mots clés : Force de freinage, Puissance mécanique, Fauteuil roulant manuel, Situation réelle


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Vol 30 - N° 1

P. 3-9 - février 2009 Retour au numéro
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