Article

Effects of pedal rate and power output on cycling kinematics

Effets de la fréquence de pédalage et de la puissance développée sur la cinématique du pédalage en cyclisme

Normandie University, UNICAEN, INSERM, COMETE, Caen, France

^* Corresponding author: nicolas.bessot@unicaen.fr

Received: 15 February 2018
Accepted: 3 July 2018

Abstract

The aim of this study was to examine the effect of changes in pedal rate and power output in the cycling kinematics of endurance cyclists. Nine male competitive cyclists performed 16 submaximal effort trials of 4 minutes’ duration on a cycle ergometer. Power output was imposed at 50, 100, 150, and 200 W successively for each pedal rate studied (45, 70, 95, 120 rev · min⁻¹). The ankle, knee and hip flexion/extension, and pedal angle (pedal axis/malleolus medialis compared to the horizontal) were analysed. We observed an increase of mean pedal angle and a decrease of magnitude in pedal mobilisation when pedal rate increased or power output decreased. The mean pedal angle recorded during a crank cycle seems to depend on pedal load (power/pedal rate ratio). The supposed effect of pedal rate, power and pedal load on pedal angle was confirmed by adjusting a sin function (with pedal rate, power and power/pedal rate ratio as variables) representing the evolution of pedal angle during the crank evolution to experimental data. The modifications due to power and pedal rate change that were observed in pedal kinematics were generally transferred to the upper joints of the legs.

Résumé

Le but de cette étude était d’examiner l’effet des modifications de la fréquence de pédalage et de la puissance d’exercice sur la cinématique du pédalage des cyclistes. Neuf cyclistes compétiteurs ont effectué 16 efforts submaximaux de 4 minutes sur un ergocycle. La puissance d’exercice a été imposée à 50, 100, 150 et 200 W successivement pour chaque vitesse de pédalage étudiée (45, 70, 95, 120 rev · min⁻¹). L’angle de la cheville, du genou, de la hanche et de la pédale ont été analysés. Nous avons observé une augmentation de l’angle moyen de la pédale et une diminution de l’amplitude de mobilisation de la pédale lorsque la fréquence de pédalage augmentait ou que la puissance diminuait. L’angle moyen de la pédale semble dépendre de la force appliquée sur la pédale (rapport puissance/fréquence de pédalage). L’effet supposé de la fréquence de pédalage, de la puissance et la force appliquée sur la pédale sur l’angle de la pédale a été confirmé en ajustant une fonction sinusoïdale (avec la fréquence de pédalage, la puissance et le rapport puissance/fréquence de pédalage comme variables) aux données expérimentales. Les modifications observées sur la cinématique de la pédale ont généralement été transférées aux articulations supérieures du membre inférieur.