DE102016204766A1

DE102016204766A1 - Method and device for the predictive control of an electric motor to reduce the risk of tipping over a wheelchair

Info

Publication number: DE102016204766A1
Application number: DE102016204766.3A
Authority: DE
Inventors: Klaus Marx; Richard Schoenleber; Timo Wildhage; Christoph Koch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2017-09-28
Also published as: WO2017162488A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur prädiktiven Ansteuerung eines Elektromotors zur Risikoreduzierung eines Umkippens eines Rollstuhls. Ein Kippen liegt vor, wenn der Rollstuhl um die Achse des Antriebsrades gedreht wird. Im Verfahren wird mindestens eine Bewegungsgröße erfasst. Außerdem wird eine Energie des Rollstuhls in Abhängigkeit der mindestens einen Bewegungsgröße ermittelt und die ermittelte Energie mit einem Grenzwert verglichen. Bei einer ermittelten Energie größer dem Grenzwert steuert ein Steuergerät des Rollstuhls einen Elektromotor entgegen der Bewegung des Rollstuhls an, so dass die Energie des Rollstuhls und somit das Risikos eines Umkippens des Rollstuhls reduziert werden.The present invention relates to a method and a device for the predictive control of an electric motor for reducing the risk of tipping over of a wheelchair. Tipping occurs when the wheelchair is rotated about the axis of the drive wheel. In the procedure, at least one movement quantity is detected. In addition, an energy of the wheelchair is determined as a function of the at least one movement variable and the determined energy is compared with a limit value. With a determined energy greater than the limit value controls a wheelchair control unit to an electric motor against the movement of the wheelchair, so that the energy of the wheelchair and thus the risk of tipping over the wheelchair are reduced.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur prädiktiven Ansteuerung eines Elektromotors zur Risikoreduzierung des Umkippens eines Rollstuhls. Außerdem betrifft die Erfindung ein Steuergerät und ein Computerprogramm, welche das Verfahren ausführen, sowie einen Rollstuhl mit erfindungsgemäßem Steuergerät.The present invention relates to a method for the predictive control of an electric motor for reducing the risk of tipping over a wheelchair. In addition, the invention relates to a control device and a computer program that perform the method, as well as a wheelchair with inventive control device.

Stand der TechnikState of the art

Es ist bekannt, dass beispielsweise beim Bremsen eines Rollstuhls in Rückwärtsfahrt ein Kipp-Drehmoment um die Achse des Antriebsrades in Abhängigkeit einer Schwerpunktlage erzeugt wird. Dieses Kipp-Drehmoment kann zum Umkippen des Rollstuhls führen. Das Kipp-Drehmoment resultiert aus der Lage des gemeinsamen Schwerpunktes des Rollstuhls inkl. dem Rollstuhlfahrer sowie einer Summe der folgenden Kräfte bzw. Drehmomente: Die Schwerkraft des Rollstuhls inkl. dem Rollstuhlfahrer, die am Schwerpunkt durch eine Beschleunigung des Rollstuhls wirkende Kraft, die manuelle Kraft des Rollstuhlfahrers auf die Kraftübertragungsvorrichtung und/oder gegebenenfalls ein Drehmoment eines Elektromotors. Je weiter hinten und je höher der Rollstuhlfahrer sitzt, sowie je schneller der Rollstuhl in Rückwärtsfahrt ist, desto größer wird beispielsweise das Kipp-Drehmoment und desto wahrscheinlicher ist ein Umkippen. Auch in Vorwärtsfahrt kann ein Rollstuhl durch abrupte Beschleunigung nach vorne und Gewichtsverlagerung des Oberkörpers nach hinten umkippen. Die Umkippgefahr nach hinten steigt außerdem bei einer Auffahrt am Hang, weil die Lage des Schwerpunktes vom Rollstuhl inklusive dem Rollstuhlfahrer durch die Schrägstellung des Rollstuhls am Hang nach hinten verschoben ist.It is known that, for example, when braking a wheelchair in reverse, a tilting torque is generated about the axis of the drive wheel in response to a center of gravity. This tilting torque can lead to tipping over of the wheelchair. The tilting torque results from the position of the common center of gravity of the wheelchair including the wheelchair user and a sum of the following forces or torques: The gravity of the wheelchair including the wheelchair user, the force acting on the center of gravity by an acceleration of the wheelchair, the manual force the wheelchair user on the power transmission device and / or optionally a torque of an electric motor. The farther back and the higher the wheelchair user sits, as well as the faster the wheelchair is in reverse, the greater, for example, the tipping torque and the more likely a tipping over. Even when driving forward, a wheelchair can tip over due to abrupt acceleration forward and weight shift of the upper body to the rear. The risk of tipping over to the rear also increases in a driveway on a slope, because the position of the center of gravity of the wheelchair including the wheelchair user is displaced by the inclination of the wheelchair on the slope to the rear.

Ein Rollstuhl mit einem Elektromotor ist durch die Schrift DE 10 2008 002 993 B3 offenbart. Bei dem Rollstuhl wird eine von einem Rollstuhlfahrer manuell in einen Greifring eines Antriebsrades eingeleitete Kraft durch Sensoren gemessen. In Abhängigkeit der gemessenen Kraft wird mittels eines Elektromotors zusätzlich zum manuellen Antriebsmoment ein maschinelles Antriebsmoment auf die Antriebsräder des Rollstuhls aufgebracht.A wheelchair with an electric motor is by the script DE 10 2008 002 993 B3 disclosed. In the wheelchair, a force manually introduced by a wheelchair user into a gripping ring of a drive wheel is measured by sensors. Depending on the measured force, a machine drive torque is applied to the drive wheels of the wheelchair by means of an electric motor in addition to the manual drive torque.

In den Schriften US 5,701,965 und DE 600 21 709 T2 ist ein elektrischer Rollstuhl offenbart, welcher eine selbstständiges Balancierfunktion durch Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt realisiert.In the scriptures US 5,701,965 and DE 600 21 709 T2 is disclosed an electric wheelchair, which realizes an independent Balancierfunktion by forward or reverse.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung beansprucht einen Rollstuhl mit einem Steuergerät zur prädiktiven Ansteuerung eines Elektromotors zur Risikoreduzierung des Umkippens eines Rollstuhls. Der erfindungsgemäße Rollstuhl umfasst zumindest ein Antriebsrad mit einer Achse, um die sich das Antriebsrad zur Fortbewegung dreht, sowie mindestens ein Vorderrad. Das Antriebsrad weist außerdem eine Kraftübertragungsvorrichtung zur manuellen Kraftübertragung auf. Die Kraftübertragungsvorrichtung kann beispielsweise als Greifring oder als Hebelvorrichtung ausgestaltet sein. Des Weiteren weist der Rollstuhl mindestens einen Aktor zum Bremsen des Antriebsrades und/oder einen Elektromotor zum Aufbringen eines Drehmomentes auf das Antriebsrad des Rollstuhls auf. Außerdem ist ein elektronisches Steuergerät am Rollstuhl angeordnet. Zusätzlich weist der Rollstuhl mindestens einen Sensor auf. Der Sensor ist beispielsweise ein Beschleunigungssensor, ein Drehratensensor, ein Abstandssensor und/oder ein Ortssensor. Der Ortsensor kann beispielsweise ein GPS-Sensor sein. Der mindestens eine Sensor erfasst eine Bewegungsgröße, welche die Bewegung des Rollstuhls repräsentiert. Es können zusätzlich weitere Sensoren, wie ein Gewichtssensor und/oder ein Drucksensor am Rollstuhl angeordnet sein. Der erfindungsgemäße Rollstuhl ist dazu eingerichtet das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Der Rollstuhl reduziert vorteilhafterweise das Risiko eines Umkippens mittels eines durch einen Elektromotor erzeugten Drehmoments.The present invention claims a wheelchair with a control unit for the predictive control of an electric motor for reducing the risk of tipping over a wheelchair. The wheelchair according to the invention comprises at least one drive wheel with an axis about which the drive wheel rotates for locomotion, and at least one front wheel. The drive wheel also has a power transmission device for manual power transmission. The power transmission device may be configured, for example, as a gripping ring or as a lever device. Furthermore, the wheelchair has at least one actuator for braking the drive wheel and / or an electric motor for applying a torque to the drive wheel of the wheelchair. In addition, an electronic control unit is arranged on the wheelchair. In addition, the wheelchair has at least one sensor. The sensor is, for example, an acceleration sensor, a rotation rate sensor, a distance sensor and / or a location sensor. The location sensor may be, for example, a GPS sensor. The at least one sensor detects a movement amount representing the movement of the wheelchair. In addition, additional sensors, such as a weight sensor and / or a pressure sensor may be arranged on the wheelchair. The wheelchair according to the invention is adapted to carry out the method according to the invention. The wheelchair advantageously reduces the risk of overturning by means of a torque generated by an electric motor.

Ein Kippen des Rollstuhls liegt vor, wenn der Rollstuhl um die Achse des Antriebsrades mit oder ohne Fahrt gedreht wird. Dabei verliert ein Vorderrad den Kontakt zum Boden. Ein vollständiges Umkippen liegt vor, wenn der Rollstuhl soweit um die Achse des Antriebsrades nach hinten kippt, dass das Rollstuhlgestell den Boden berührt. Beispielsweise berühren die Rückenlehne und/oder die Handgriffe zum Anschieben des Rollstuhls beim vollständigen Umkippen den Boden. Das Umkippen ist gefährlich, weil dabei beispielsweise der Kopf des Rollstuhlfahrers am Boden aufschlagen kann.Tilting of the wheelchair occurs when the wheelchair is rotated about the axis of the drive wheel with or without drive. A front wheel loses contact with the ground. A complete overturn occurs when the wheelchair tilts so far back around the axis of the drive wheel that the wheelchair frame touches the ground. For example, touch the backrest and / or the handles for pushing the Wheelchair when completely overturning the ground. The tipping is dangerous, because for example, the head of the wheelchair user can hit the ground.

Die vorliegende Erfindung beansprucht des Weiteren ein Steuergerät, welches dazu eingerichtet ist das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Das Steuergerät umfasst wenigstens eine Recheneinheit. Die Recheneinheit erfasst mindestens eine Größe, welche eine Bewegungsgröße des Rollstuhls repräsentiert. Außerdem erzeugt die Recheneinheit ein Ausgangssignal in Abhängigkeit der erfassten Bewegungsgrößen bzw. in Abhängigkeit eines Vergleichs einer ermittelten Energie des Rollstuhls mit einem Grenzwert. Bei Überschreitung des Grenzwerts bewirkt das Ausgangssignal eine Ansteuerung des Elektromotors, wodurch ein Drehmoment auf ein Antriebsrad erzeugt wird. Des Weiteren kann das Steuergerät eine Empfangseinheit und eine Ausgabeeinheit aufweisen.The present invention further claims a control device which is adapted to carry out the method according to the invention. The control unit comprises at least one arithmetic unit. The arithmetic unit detects at least one variable representing a movement amount of the wheelchair. In addition, the arithmetic unit generates an output signal as a function of the detected movement variables or as a function of a comparison of a determined energy of the wheelchair with a limit value. If the limit is exceeded, the output signal causes a control of the electric motor, whereby a torque is generated on a drive wheel. Furthermore, the control unit may have a receiving unit and an output unit.

Die vorliegende Erfindung beansprucht außerdem das Verfahren zur prädiktiven Ansteuerung eines Elektromotors zur Risikoreduzierung des Umkippens eines Rollstuhls. Dabei wird mindestens eine aktuelle Bewegungsgröße des Rollstuhls erfasst. Außerdem wird eine aktuelle Energie des Rollstuhls in Abhängigkeit der erfassten Bewegungsgröße ermittelt. Die ermittelte Energie des Rollstuhls wird in einem weiteren Schritt mit einem Grenzwert verglichen. Bei einer Energie größer oder gleich dem Grenzwert, erfolgt eine Ansteuerung des Elektromotors zur Erzeugung eines Drehmoments auf das Antriebsrad des Rollstuhls, wobei das Drehmoment des Elektromotors die Energie des Rollstuhls reduziert. Beispielsweise erzeugt der Elektromotor ein Drehmoment zum Bremsen einer Vorwärtsfahrt. Damit weist das Verfahren den Vorteil auf, dass die aktuelle Energie des Rollstuhls begrenzt wird, so dass das Risiko eines Umkippens des Rollstuhls reduziert wird. Die Sicherheit des Rollstuhlfahrers wird also erhöht, wobei der Rollstuhlfahrer alle typischen Fahrmanöver eines Rollstuhls weiterhin durchführen kann, wie beispielsweise ein Ankippen zum Überwinden kleinerer Hindernisse. The present invention also claims the method of predictively driving an electric motor to reduce the risk of tipping over a wheelchair. At least one current movement size of the wheelchair is detected. In addition, a current energy of the wheelchair is determined as a function of the detected amount of movement. The determined energy of the wheelchair is compared in a further step with a limit. At an energy greater than or equal to the limit, there is a control of the electric motor for generating a torque to the drive wheel of the wheelchair, wherein the torque of the electric motor reduces the energy of the wheelchair. For example, the electric motor generates a torque for braking a forward drive. Thus, the method has the advantage that the current energy of the wheelchair is limited, so that the risk of tipping over of the wheelchair is reduced. The safety of the wheelchair user is thus increased, whereby the wheelchair user can continue to perform all typical driving maneuvers of a wheelchair, such as tipping to overcome smaller obstacles.

In einer Ausführung der Erfindung wird in einem weiteren Schritt des Verfahrens zusätzlich ein manuelles Drehmoment des Rollstuhlfahrers erfasst. Das manuelle Drehmoment entsteht durch eine Krafteinwirkung des Rollstuhlfahrers auf eine Kraftübertragungsvorrichtung. Die Ansteuerung des Elektromotors zur Erzeugung eines Drehmoments erfolgt in dieser Ausführung in Abhängigkeit des erfassten manuellen Drehmoments des Rollstuhlfahrers. Beispielsweise wird durch die Ansteuerung des Elektromotors das Drehmoment des Elektromotors um das erfasste Drehmoment des Rollstuhlfahrers betragsmäßig reduziert, wodurch ein manuelleres Fahrgefühl entsteht.In one embodiment of the invention, a manual torque of the wheelchair user is additionally detected in a further step of the method. The manual torque is created by a force of the wheelchair user on a power transmission device. The control of the electric motor for generating a torque takes place in this embodiment depending on the detected manual torque of the wheelchair user. For example, the torque of the electric motor is reduced by the detected torque of the wheelchair user in terms of amount by the control of the electric motor, whereby a more manual feel is created.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird als Bewegungsgröße ein Kippwinkel des Rollstuhls um die Achse des Antriebsrades erfasst. Die Energie des Rollstuhls wird in Abhängigkeit des erfassten Kippwinkels ermittelt. Die ermittelte Energie umfasst dabei insbesondere eine potentielle Energie. Die ermittelte potentielle Energie ist aufzubringen um den Rollstuhl in den erfassten Kippwinkel zu kippen bzw. anzuheben. Die Erfassung des Kippwinkels weist den Vorteil auf, dass die Kipplage des Rollstuhls als eine potentielle Energie zur Ansteuerung des Elektromotors berücksichtigt wird.In a preferred embodiment, a tilt angle of the wheelchair about the axis of the drive wheel is detected as a movement variable. The energy of the wheelchair is determined as a function of the detected tilt angle. In particular, the determined energy comprises a potential energy. The determined potential energy must be applied in order to tilt or raise the wheelchair to the detected tilt angle. The detection of the tilt angle has the advantage that the tilting position of the wheelchair is considered as a potential energy for driving the electric motor.

Ein Kippwinkel des Rollstuhls liegt beispielsweise in einer orthogonalen Ebene zu einer Bezugsebene und zwischen der Bezugsebene und einer um eine Achse gekippten Bezugsebene. Die Bezugsebene ist bevorzugt eine senkrechte Ebene zur Richtung der Gewichtskraft. Die Drehachse eines Sensors zum Erfassen des Kippwinkels liegt vorteilhafterweise parallel zur Achse des Antriebsrades des Rollstuhls, weil die Drehung beim Kippen um die Achse des Antriebsrades erfolgt. Die Bezugsebene und die Drehachse können durch die Anordnung einer inertialen Messeinheit am Rollstuhl definiert werden.For example, a tilt angle of the wheelchair is in an orthogonal plane to a reference plane and between the reference plane and a reference plane tilted about an axis. The reference plane is preferably a vertical plane to the direction of the weight. The axis of rotation of a sensor for detecting the tilt angle is advantageously parallel to the axis of the drive wheel of the wheelchair, because the rotation takes place when tilting about the axis of the drive wheel. The reference plane and the axis of rotation can be defined by the arrangement of an inertial measuring unit on the wheelchair.

In einer anderen, bevorzugten Ausgestaltung wird eine Drehrate des Rollstuhls um die Achse des Antriebsrades erfasst. Außerdem erfolgt eine Ermittlung der Energie des Rollstuhls in Abhängigkeit der erfassten Drehrate als rotatorische Energie. Die rotatorische Energie ist eine kinetische Energie. Die Ermittlung der Energie in Abhängigkeit einer erfassten Drehrate weist den Vorteil auf, dass der Elektromotor bei einer zu schnellen Drehung des Rollstuhls angesteuert wird, so dass ein Drehmoment des Elektromotors entgegen des Kipp-Drehmomentes erzeugt und die Drehrate somit reduziert wird.In another preferred embodiment, a rate of rotation of the wheelchair is detected about the axis of the drive wheel. In addition, a determination of the energy of the wheelchair as a function of the detected rotation rate takes place as a rotational energy. The rotational energy is a kinetic energy. The determination of the energy as a function of a detected rotation rate has the advantage that the electric motor is driven at too fast rotation of the wheelchair, so that generates a torque of the electric motor against the overturning torque and the rotation rate is thus reduced.

In einer weiteren, bevorzugten Ausgestaltung wird eine Geschwindigkeit des Rollstuhls in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung erfasst. Die Ermittlung der Energie des Rollstuhls erfolgt in Abhängigkeit der erfassten Geschwindigkeit. Die ermittelte Energie umfasst insbesondere eine translatorische Energie. Die translatorische Energie ist eine kinetische Energie. Die Ansteuerung des Elektromotors führt in dieser Ausgestaltung zu einem Bremsen der Fahrt des Rollstuhls. Diese Ausgestaltung weist demnach den Vorteil auf, dass die translatorische Energie durch das Verfahren begrenzt wird. In a further preferred embodiment, a speed of the wheelchair in the forward or reverse direction is detected. The determination of the energy of the wheelchair takes place depending on the detected speed. The determined energy comprises in particular a translatory energy. The translational energy is a kinetic energy. The control of the electric motor leads in this embodiment to a braking of the drive of the wheelchair. This embodiment accordingly has the advantage that the translational energy is limited by the method.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird die aktuelle Energie des Rollstuhls als Summe aus der potentiellen Energie und der kinetischen Energie ermittelt. Die kinetische Energie umfasst dabei eine Summe aus der ermittelten translatorischen Energie und der ermittelten rotatorischen Energie des Rollstuhls. Die potentielle Energie ist aufzubringen um den Rollstuhl in den aktuellen Kippwinkel zu drehen. Die translatorische Energie repräsentiert die Energie die durch eine Fahrt des Rollstuhls mit einer Geschwindigkeit nach vorne oder hinten realisiert wird. Die rotatorische Energie repräsentiert die Energie die durch eine Drehung des Rollstuhls um die Achse des Antriebsrades nach hinten, d.h. ein Kippen, realisiert wird. Die einzelnen Energie-Summanden können dabei auch Null sein. Beispielsweise ist dies für die potentielle Energie bei gerader Fahrt auf vier Rädern der Fall. Für diese Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei Sensoren am Rollstuhl angeordnet. Bevorzugt sind mindestens drei Sensoren bzw. ein Sensorsystem, wie eine inertiale Messeinheit, am Rollstuhl angeordnet und es werden wenigstens drei unterschiedliche Bewegungsgrößen erfasst. Die Berücksichtigung verschiedener Bewegungsgröße beziehungsweise verschiedener Energien und deren Aufsummierung zur Ermittlung der gesamten Energie des Rollstuhls zur Ansteuerung des Elektromotors reduzieren das Risiko eines Umkippens des Rollstuhls besonders effektiv. In a particularly preferred embodiment, the current energy of the wheelchair is determined as the sum of the potential energy and the kinetic energy. The kinetic energy comprises a sum of the determined translational energy and the determined rotational energy of the wheelchair. The potential energy is to raise the wheelchair to the current tilt angle. The translational energy represents the energy that is realized by a drive of the wheelchair at a speed forward or backward. The rotational energy represents the energy which is realized by a rotation of the wheelchair about the axis of the drive wheel to the rear, ie a tilting. The individual energy summands can also be zero. For example, this is the case for the potential energy when driving straight on four wheels. For this embodiment of the invention, at least two sensors are arranged on the wheelchair. At least three sensors or a sensor system, such as an inertial measuring unit, are preferably arranged on the wheelchair and at least three different quantities of motion are detected. The consideration of different movement size or different energies and their summation to determine the total energy of the wheelchair to control the electric motor reduce the risk of tipping over the wheelchair particularly effective.

In einer Weiterführung der Erfindung wird ein Gewicht des Rollstuhlfahrers durch mindestens einen weiteren Sensor oder mittels eines Eingabegerätes erfasst. Die Ermittlung der Energie des Rollstuhls erfolgt in dieser Weiterführung der Erfindung in Abhängigkeit des erfassten Gewichtes des Rollstuhlfahrers. Der Vorteil ist eine genauere Ermittlung der Energie des Rollstuhls inklusive dem Rollstuhlfahrer. Das Gewicht des Rollstuhlfahrers kann dabei einmalig erfasst und in einem elektronischen Speicher des Steuergerätes gespeichert werden.In a further development of the invention, a weight of the wheelchair user is detected by at least one further sensor or by means of an input device. The determination of the energy of the wheelchair takes place in this continuation of the invention as a function of the detected weight of the wheelchair user. The advantage is a more accurate determination of the energy of the wheelchair including the wheelchair user. The weight of the wheelchair user can be recorded once and stored in an electronic memory of the control unit.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist der Grenzwert der Energie gleich der potentiellen Energie am Balancierwinkel. Der Balancierwinkel ist ein Kippwinkel. Am Balancierwinkel liegt ein Schwerpunkt des Rollstuhls inklusive dem Rollstuhlfahrer über der Achse des mindestens einen Antriebsrades. Wenn der Grenzwert gleich der potentiellen Energie am Balancierwinkel ist, wird der Elektromotor zur Erzeugung eines Drehmoments entgegen der Vorwärtsfahrtrichtung angesteuert. Somit ist das Risiko einer Überschreitung der Energie des Rollstuhls über die potentielle Energie am Balancierwinkel, welche aufzubringen ist um den Rollstuhl in den Balancierwinkel zu kippen, wesentlich reduziert. Der Balancierwinkel kann mit einem optionalen Balancierwinkelermittlungsverfahren erfasst werden.In an alternative embodiment of the invention, the energy limit is equal to the potential energy at the balance angle. The balance angle is a tilt angle. At the balancing angle is a focus of the wheelchair including the wheelchair user on the axis of the at least one drive wheel. When the threshold is equal to the potential energy at the balance angle, the electric motor is driven to generate torque against the forward drive direction. Thus, the risk of exceeding the energy of the wheelchair over the potential energy at the balance angle which is to be applied to tilt the wheelchair into the balancing angle is substantially reduced. The balance angle can be detected with an optional balance angle determination method.

In einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung umfasst der Grenzwert der Energie des Rollstuhls eine Summe aus der potentiellen Energie am Balancierwinkel und einer Überschussenergie. Bevorzugt ist die Überschussenergie allerdings nur so hoch, dass das Kippen nach hinten nach dem Überschreiten des Balancierwinkels sehr langsam erfolgt. Der Rollstuhlfahrer hat demnach Zeit durch manuelle Krafteinwirkung auf die Kraftübertragungsvorrichtung ein Umkippen zu vermeiden. Die erlaubte Überschussenergie kann zu diesem Zwecke beispielsweise 0,1 bis 3 Joule betragen. Dadurch wird vorteilhafterweise ein guter Kompromiss aus einer Risikoreduzierung des Umkippens des Rollstuhls und einem agilen Fahrverhalten für den Rollstuhlfahrer realisiert.In a preferred refinement of the invention, the limit value of the energy of the wheelchair comprises a sum of the potential energy at the balancing angle and an excess energy. However, the excess energy is preferably only so high that the tilting backwards takes place very slowly after exceeding the balancing angle. The wheelchair user has therefore time to avoid tipping over by manual force on the power transmission device. The allowable excess energy may be for this purpose, for example, 0.1 to 3 joules. As a result, a good compromise is advantageously realized from a risk reduction of tipping over the wheelchair and an agile driving behavior for the wheelchair user.

Gemäß eines weiteren Aspekts kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerung des Elektromotors in Abhängigkeit eines Winkelabstands des aktuellen Kippwinkels zum Balancierwinkel und/oder einer Differenz der Energie des Rollstuhls zum Grenzwert erfolgt. Dadurch wird der Rollstuhl durch den Elektromotor bei hohen Energien des Rollstuhls bzw. erst beim Kippen angesteuert. Die Ansteuerung des Elektromotors kann dabei auch derart erfolgen, dass beispielsweise eine Kraftunterstützung des Rollstuhlfahrers, wie in DE 10 2008 002 993 B3 beschrieben, z.B. in der Nähe des Balancierwinkels deaktiviert wird. Dadurch wird für den Rollstuhlfahrer vorteilhafterweise ein guter Kompromiss aus einer Reduzierung des Umkipprisikos und einem agilen Fahrverhalten des Rollstuhls realisiert.According to a further aspect, it may be provided that the control of the electric motor takes place as a function of an angular distance of the current tilt angle to the balancing angle and / or a difference of the energy of the wheelchair to the limit value. As a result, the wheelchair is driven by the electric motor at high energies of the wheelchair or only when tilting. The control of the electric motor can also be such that, for example, a power assistance of the wheelchair user, as in DE 10 2008 002 993 B3 described, for example, is deactivated in the vicinity of the Balancing angle. As a result, a good compromise is advantageously realized for the wheelchair user from a reduction in the tip-over risk and an agile driving behavior of the wheelchair.

Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung des Elektromotors nur bei einem Winkelabstand des aktuellen Kippwinkels zum Balancierwinkel kleiner einem Schwellenwert, dem so genannten Ansteuerabstand. Der Ansteuerabstand als Schwellenwert liegt insbesondere zwischen 5° bis 10°. Der Ansteuerabstand kann optional vom Rollstuhlfahrer manuell eingestellt werden.Preferably, the control of the electric motor takes place only at an angular distance of the current tilt angle to Balancierwinkel smaller than a threshold value, the so-called drive distance. The drive distance as a threshold is in particular between 5 ° to 10 °. The control distance can optionally be set manually by the wheelchair user.

Vorteilhafterweise wird in einer Weiterführung dieses Aspektes eine Energiedifferenz aus der Energie des Rollstuhls und dem zugeordneten Grenzwert ermittelt. Außerdem wird ein Quotient aus der ermittelten Energiedifferenz und dem Winkelabstand des aktuellen Kippwinkels zum Balancierwinkel ermittelt. Die Ansteuerung des Elektromotors erfolgt dann in Abhängigkeit des ermittelten Quotienten. Diese Weiterführung erlaubt beispielsweise ein leichtes Ankippen der Vorderräder mit einer schnellen Drehrate und einem selbstständigen, manuellen Abbremsen ohne dass der Elektromotor angesteuert wird. Ein solches Ankippen ist zum Überwinden von Hindernissen erforderlich. Diese Weiterführung erlaubt beispielsweise auch eine schnellere Rückwärtsfahrt, solange dabei der Kippwinkel niedrig ist. Advantageously, in a continuation of this aspect, an energy difference from the energy of the wheelchair and the associated limit value is determined. In addition, a quotient of the determined energy difference and the angular distance of the current tilt angle to the balance angle is determined. The control of the electric motor then takes place as a function of the determined quotient. This continuation allows, for example, a slight tilting of the front wheels with a fast rotation rate and an independent, manual braking without the electric motor is driven. Such a tilting is for Overcoming obstacles required. This continuation allows, for example, a faster reverse drive, as long as the tilt angle is low.

Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm, welches das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, und ein elektrisches Speichermedium mit dem Computerprogramm.The present invention also relates to a computer program implementing the method according to the invention and to an electrical storage medium with the computer program.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen erläutert.The present invention will be explained below with reference to preferred embodiments and accompanying drawings.

1a: Skizze eines Rollstuhls mit Greifring in Seitenansicht 1a : Sketch of a wheelchair with grab ring in side view

1b: Skizze eines Rollstuhls mit Hebelvorrichtung in Seitenansicht 1b : Sketch of a wheelchair with lever device in side view

2: Sensorsystem einer inertialen Messeinheit umfassend mehrere Sensoren 2 : Sensor system of an inertial measuring unit comprising a plurality of sensors

3: Skizze eines Rollstuhls auf allen vier Rädern stehend 3 : Sketch of a wheelchair standing on all four wheels

4: Skizze eines Rollstuhls am Balancierwinkel 4 Image: Sketch of a wheelchair at the balance angle

5: Skizze bei einem Kippwinkel größer dem Balancierwinkel 5 : Sketch at a tilt angle greater than the balance angle

6: parallele Krafteinleitung von manueller Kraft und Motorkraft am Antriebsrad 6 : parallel force transmission of manual power and engine power at the drive wheel

7: Flussdiagramm der parallelen Krafteinleitung 7 : Flow chart of the parallel force application

8: Flussdiagramm des Verfahrens 8th : Flowchart of the procedure

9: Erfindungsgemäßes Steuergerät 9 : Control unit according to the invention

Ausführungsbeispieleembodiments

In 1a ist ein Rollstuhl 100 dargestellt, welcher ein erfindungsgemäßes Verfahren des prädiktiven Kippwächter-Betriebsmodus eines Rollstuhls 100 ausführt. Der Rollstuhl 100 umfasst zwei Antriebsräder 101 mit jeweils einer Kraftübertragungseinrichtung 102. In diesem Fall ist die Kraftübertragungseinrichtung 102 ein Greifring. Am Rollstuhl 100 sind außerdem zwei Vorderräder 103 angeordnet. In 1a ist der Rollstuhl 100 in Seitenansicht abgebildet, d.h. es sind das rechte Antriebsrad 101 mit der rechten Kraftübertragungseinrichtung 102 und das rechte Vorderrad 103 sowie ein Rollstuhlgestell mit Sitz zu erkennen. Der Rollstuhl 100 weist des Weiteren ein Steuergerät 105 und einen Elektromotor 104 sowie mindestens einen Sensor 110 auf. Außerdem ist eine Achse 106 zu erkennen. Die Achse 106 kommt senkrecht aus der Zeichenebene heraus und ist parallel zur x-Achse, d.h. die Achse 106 ist orthogonal zur y-Achse und orthogonal zur z-Achse. Die z-Achse stellt die Hochachse und die y-Achse stellt die Vorwärtsrichtung für den Rollstuhl im mathematischen Rechtssystem dar.In 1a is a wheelchair 100 which shows a method according to the invention of the predictive tilting monitor operating mode of a wheelchair 100 performs. The wheelchair 100 includes two drive wheels 101 each with a power transmission device 102 , In this case, the power transmission device 102 a gripping ring. On the wheelchair 100 are also two front wheels 103 arranged. In 1a is the wheelchair 100 shown in side view, ie it is the right drive wheel 101 with the right power transmission device 102 and the right front wheel 103 and to recognize a wheelchair frame with seat. The wheelchair 100 further includes a controller 105 and an electric motor 104 and at least one sensor 110 on. There is also an axis 106 to recognize. The axis 106 is perpendicular to the plane of the drawing and is parallel to the x-axis, ie the axis 106 is orthogonal to the y-axis and orthogonal to the z-axis. The z-axis represents the vertical axis and the y-axis represents the forward direction for the wheelchair in the mathematical legal system.

In 1b ist ein ähnlicher Rollstuhl 100, wie in 1a, dargestellt. Der Rollstuhl 100 in 1b unterscheidet sich vom Rollstuhl 100 aus 1a dadurch, dass am Antriebsrad 101 zur manuellen Kraftübertragung als Kraftübertragungseinrichtung 102 eine Hebelvorrichtung statt eines Greifringes angeordnet ist. Auch mit einem Rollstuhl 100 mit einer Hebelvorrichtung als Kraftübertragungseinrichtung 102 wird ein erfindungsgemäßes Verfahren des prädiktiven Kippwächter-Betriebsmodus eines Rollstuhls 100 realisiert. Außerdem sind in 1b eine Rückenlehne 107 und ein Handgriff 108 zum Anschieben des Rollstuhls dargestellt. Die Rückenlehne und/oder die Handgriffe zum Anschieben des Rollstuhls berühren beim vollständigen Umkippen des Rollstuhls, d.h. nach hinten, den Boden. In 1b is a similar wheelchair 100 , as in 1a represented. The wheelchair 100 in 1b is different from the wheelchair 100 out 1a in that on the drive wheel 101 for manual power transmission as a power transmission device 102 a lever device is arranged instead of a gripping ring. Also with a wheelchair 100 with a lever device as a power transmission device 102 is a method according to the invention of the predictive Kippwächter operating mode of a wheelchair 100 realized. Also, in 1b a backrest 107 and a handle 108 to push the wheelchair shown. The backrest and / or the handles for pushing the wheelchair touch the floor when the wheelchair completely tips over, ie to the rear.

Der mindestens eine Sensor 110 kann einen Beschleunigungssensor, einen Drehratensensor, einen Abstandsensor und/oder einen Ortssensor umfassen, wobei der Ortssensor beispielsweise ein GPS-Sensor ist. Optional können als zusätzliche Sensoren ein Gewichtssensor und/oder einen Drucksensor angeordnet sein. Erfindungsgemäß wird von dem wenigstens einen Sensor 110 mindestens eine Bewegungsgröße erfasst. Die Bewegungsgröße repräsentiert eine Bewegung des Rollstuhls 100. Die Bewegung des Rollstuhls 100 kann eine Vorwärts- oder eine Rückwärtsfahrt und/oder eine Drehung um die Achse des Antriebsrad zum Kippen des Rollstuhls sein. Der Sensor 110 kann bevorzugt eine inertiale Messeinheit umfassen, welche in einem Bauteil mehrere Drehraten- und Beschleunigungssensoren aufweist.The at least one sensor 110 may include an acceleration sensor, a rotation rate sensor, a distance sensor and / or a location sensor, wherein the location sensor is, for example, a GPS sensor. Optionally, a weight sensor and / or a pressure sensor can be arranged as additional sensors. According to the invention of the at least one sensor 110 recorded at least one movement size. The amount of movement represents a movement of the wheelchair 100 , The movement of the wheelchair 100 may be a forward or a reverse drive and / or a rotation about the axis of the drive wheel for tilting be the wheelchair. The sensor 110 may preferably comprise an inertial measuring unit, which has a plurality of rotation rate and acceleration sensors in one component.

In 2 ist eine inertiale Messeinheit als Sensor 110 dargestellt. Der Sensor 110 wird bevorzugt am Rollstuhl 100 so angeordnet, dass die x-Achse parallel zur Achse 106 des mindestens einen Antriebsrades 101 des Rollstuhls 100 liegt. In einem Koordinatensystem der 2 ist zu erkennen, dass von der inertialen Messeinheit Beschleunigungen in drei Raumrichtungen, sowie eine Drehrate Ψ .(t) um die x-Achse und eine Drehrate um die z-Achse erfasst werden. Die Drehrate Ψ .(t) und auch eine Drehbeschleunigung Ψ ..(t) um eine parallele Achse zur Achse 106 werden damit durch die gezeigte inertiale Messeinheit erfasst. Mittels der Schwerkraft als Referenzwert, welche eine Bezugsebene 300 definiert, und den von der inertialen Messeinheit erfassten Bewegungsgrößen kann die Lage des Sensors 110 im Raum ermittelt werden. Zur Berechnung der Lage können beispielsweise Gleichungen des Kalman-Filters zur Anwendung kommen.In 2 is an inertial measuring unit as a sensor 110 shown. The sensor 110 is preferred on the wheelchair 100 arranged so that the x-axis is parallel to the axis 106 of the at least one drive wheel 101 of the wheelchair 100 lies. In a coordinate system of 2 It can be seen that the inertial measuring unit detects accelerations in three spatial directions, as well as a rate of rotation Ψ (t) about the x-axis and a rate of rotation about the z-axis. The rate of rotation Ψ (t) and also a rotational acceleration Ψ .. (t) about a parallel axis to the axis 106 are thus detected by the inertial measuring unit shown. By means of gravity as a reference value, which is a reference plane 300 and the movement quantities detected by the inertial measuring unit can determine the position of the sensor 110 be determined in the room. Equations of the Kalman filter, for example, can be used to calculate the position.

In 3 ist der Rollstuhl 100 mit Rollstuhlfahrer 360 sowie der gemeinsame Schwerpunkt 350 des Rollstuhls 100 inklusive dem Rollstuhlfahrer 360 abgebildet. Es ist außerdem eine Wirkrichtung der Gewichtskraft F_G am Schwerpunkt 350 dargestellt. In 3 ist darüber hinaus auch eine senkrecht zur Gewichtskraft F_G liegende Bezugsebene 300 des Sensors 110 abgebildet. Der Rollstuhl 100 ist nicht gekippt. Die Vorderräder 103 haben Kontakt zum Boden und der Rollstuhl 100 steht auf den Antriebsrädern 101 und den Vorderrädern 103 auf einer Ebene, beispielweise auf einer horizontalen Ebene. In 3 is the wheelchair 100 with wheelchair users 360 as well as the common focus 350 of the wheelchair 100 including the wheelchair user 360 displayed. It is also an effective direction of the weight F _G at the center of gravity 350 shown. In 3 is also a reference plane perpendicular to the weight F _G reference plane 300 of the sensor 110 displayed. The wheelchair 100 is not tilted. The front wheels 103 have contact with the ground and the wheelchair 100 stands on the drive wheels 101 and the front wheels 103 on one level, for example on a horizontal plane.

In 4 ist der Rollstuhl 100 in gekippter Position dargestellt. Beim Kippen, d.h. einer Drehung des Rollstuhls 100 um die Achse 106 der Antriebsräder, verlieren die Vorderräder 103 den Kontakt zum Boden. Die gekippte Position des Rollstuhls 100 wird durch einen Kippwinkel Ψ(t) repräsentiert. Der Kippwinkel Ψ(t) ist zeitabhängig und liegt beispielswiese in einer von der y-Achse und der z-Achse des Sensors 110 aufgespannten orthogonalen Ebene zur Bezugsebene 300 und zwischen einer Bezugsebene 300 und der um die Achse 106 gekippten Bezugsebene 400. Eine inertiale Messeinheit am Rollstuhlgestell erfasst beispielsweise eine Drehung um eine zur Achse 106 parallelen Achse, wobei aus der erfassten Drehung der Kippwinkel Ψ(t) des Rollstuhls 100 und die Drehrate Ψ .(t) des Rollstuhls 100 beim Kippen um die Achse 106 des Antriebsrads 101 ermittelt werden kann. In 4 is the wheelchair 100 shown in tilted position. When tilting, ie a rotation of the wheelchair 100 around the axis 106 the drive wheels, lose the front wheels 103 the contact to the ground. The tilted position of the wheelchair 100 is represented by a tilt angle Ψ (t). The tilt angle Ψ (t) is time-dependent and is for example in one of the y-axis and the z-axis of the sensor 110 spanned orthogonal plane to the reference plane 300 and between a reference plane 300 and the one around the axis 106 tilted reference plane 400 , An inertial measuring unit on the wheelchair frame detects, for example, a rotation about one axis 106 parallel axis, where from the detected rotation of the tilt angle Ψ (t) of the wheelchair 100 and the rate of rotation Ψ. (t) of the wheelchair 100 when tilting around the axis 106 of the drive wheel 101 can be determined.

In 4 ist der gekippte Rollstuhl 100 an einer Kippposition gezeigt, wobei als Kippwinkel Ψ(t) der Balancierwinkel Ψ₀ realisiert ist. Der Balancierwinkel Ψ₀ liegt vor, wenn der Schwerpunkt 350 des Rollstuhls 100 inklusive dem Rollstuhlfahrer 360 über der Achse 106 liegt. In 4 is the tilted wheelchair 100 shown at a tilting position, wherein as a tilt angle Ψ (t) of the balancing angle Ψ _{0 is} realized. The balance angle Ψ ₀ is present when the center of gravity 350 of the wheelchair 100 including the wheelchair user 360 above the axis 106 lies.

In 5 ist der Rollstuhl 100 an einem Kippwinkel Ψ(t) größer dem Balancierwinkel Ψ₀ dargestellt. Bei einem Kippwinkel Ψ(t) größer dem Balancierwinkel Ψ₀ kippt der Rollstuhl 100 aufgrund eines resultierenden Kipp-Drehmomentes um die Achse 106 nach hinten. Dadurch droht der Rollstuhl 100 nach hinten umzukippen, was für den Rollstuhlfahrer 360 eine gefährliche Situation ist.In 5 is the wheelchair 100 at a tilt angle Ψ (t) greater than the Balancierwinkel Ψ ₀ shown. At a tilt angle Ψ (t) greater than the balance angle Ψ ₀ , the wheelchair tilts 100 due to a resulting tilting torque about the axis 106 to the rear. This threatens the wheelchair 100 tip over to the rear, which is for the wheelchair user 360 a dangerous situation.

In 6 ist ein Antriebsrad 101 des Rollstuhls 100 mit einem Greifring als Kraftübertragungsvorrichtung 102 im Querschnitt abgebildet. Außerdem ist eine mögliche Anordnung des Elektromotors 104 abgebildet. Das Antriebsrad 101 kann über einen mit Luft gefüllten und unter Druck stehenden Reifen 600 verfügen. Des Weiteren ist die Achse 106 des Antriebsrades 101 zu erkennen. Es wird deutlich, dass eine manuelle Kraft des Rollstuhlfahrers 360 auf den Greifring 102 parallel zur maschinellen Antriebskraft des Elektromotors 104 auf das Antriebsrad 101 wirkt. Die beiden Antriebsmomente überlagern sich additiv. Der Rollstuhlfahrer 360 kann also auch entgegen des maschinellen Drehmomentes des Elektromotors 104 eine Kraft auf den Greifring 102, d.h. ein manuelles Drehmoment auf das Antriebsrad 101, aufbringen.In 6 is a drive wheel 101 of the wheelchair 100 with a gripping ring as a power transmission device 102 shown in cross-section. In addition, a possible arrangement of the electric motor 104 displayed. The drive wheel 101 can be over an air filled and pressurized tire 600 feature. Furthermore, the axis 106 of the drive wheel 101 to recognize. It becomes clear that a manual force of the wheelchair user 360 on the grip ring 102 parallel to the mechanical driving force of the electric motor 104 on the drive wheel 101 acts. The two drive torques are superimposed additively. The wheelchair user 360 can therefore also counter to the mechanical torque of the electric motor 104 a force on the grip ring 102 ie a manual torque on the drive wheel 101 , apply.

In 7 ist in einem Flussdiagramm die parallele Wirkung der manuellen Kraft des Rollstuhlfahrers 360 und der maschinellen Antriebskraft des Elektromotors 104 auf das Antriebsrad 101 dargestellt. Der Rollstuhlfahrer 360 prägt eine Kraft auf den Greifring 102 am Antriebsrad 101 auf und kann so den Rollstuhl 100 je nach Kraftrichtung nach vorne und nach hinten antreiben. Bei unterschiedlichen Kräften am rechten und linken Antriebsrad 101 ist eine Kurvenfahrt beziehungsweise ein Drehen des Rollstuhls 100 um die Hochachse (z-Achse) möglich. In 7 is in a flow chart the parallel effect of the manual power of the wheelchair user 360 and the driving force of the electric motor 104 on the drive wheel 101 shown. The wheelchair user 360 imposes a force on the grip ring 102 on the drive wheel 101 and so can the wheelchair 100 drive forwards and backwards depending on the direction of the force. At different forces on the right and left drive wheel 101 is a cornering or turning the wheelchair 100 around the vertical axis (z-axis) possible.

Im erfindungsgemäßen Verfahren erfasst beispielsweise eine inertiale Messeinheit als Sensor 110 eine Drehrate Ψ .(t) um die Achse 106 des Antriebsrades 101, wobei die x-Achse des Sensors 110 parallel zur Achse 106 des Antriebsrades 101, orthogonal zur z-Achse und orthogonal zur y-Achse angeordnet ist. Außerdem wird von einem weiteren Sensor eine Geschwindigkeit v(t) erfasst. Die z-Achse stellt die Hochachse und die y-Achse stellt die Vorwärtsrichtung des Rollstuhls 100 im mathematischen Rechtssystem dar. Das Steuergerät 105 empfängt die Sensorsignale und erfasst die Geschwindigkeit v(t) und die Drehrate Ψ .(t) um die Achse 106. Das Steuergerät 105 ermittelt eine kinetische Energie E_kin als Energie E des Rollstuhls 100. Die kinetische Energie E_kin wird als Summe aus einer rotatorischen Energie E_rot, welche in Abhängigkeit der Drehrate Ψ .(t) bestimmt wird, und einer translatorischen Energie E_trans, welche in Abhängigkeit der Geschwindigkeit v(t) bestimmt wird, ermittelt. Das Steuergerät 105 vergleicht die ermittelte Energie E mit einem Grenzwert E_Grenzwert. Der Grenzwert E_Grenzwert umfasst die potentielle Energie E_pot, welche zum Kippen des Rollstuhls 100 aus dem Stand beziehungsweise der aktuellen Kipplange in den Balancierwinkel Ψ₀ benötigt wird. Wenn die ermittelte Energie E den Grenzwert E_Grenzwert erreicht bzw. überschreitet, erzeugt das Steuergerät 105 ein Ausgangssignal zur Ansteuerung des Elektromotors 104. Dadurch liefert der Elektromotor 104 ein Drehmoment M auf das Antriebsrad 101 des Rollstuhls 100. Das Drehmoment M reduziert dabei die Energie E des Rollstuhls 100. Der Rollstuhlfahrer 360 kann die Bewegung des Rollstuhls 100 dabei durch manuellen Krafteingriff auf die Kraftübertragungseinrichtung 102 beeinflussen. Beispielsweise kann der Rollstuhlfahrer 360 den Rollstuhl 100 noch zusätzlich durch manuellen Krafteingriff abbremsen oder dem Drehmoment M des Elektromotors 104 entgegenwirken.In the method according to the invention, for example, an inertial measuring unit detects as a sensor 110 a yaw rate Ψ. (t) about the axis 106 of the drive wheel 101 where the x-axis of the sensor 110 parallel to the axis 106 of the drive wheel 101 is arranged orthogonal to the z-axis and orthogonal to the y-axis. In addition, a speed v (t) is detected by another sensor. The z-axis represents the vertical axis and the y-axis represents the forward direction of the wheelchair 100 in the mathematical legal system. The control unit 105 receives the sensor signals and detects the speed v (t) and the rotation rate Ψ. (t) about the axis 106 , The control unit 105 determines a kinetic energy E _kin as energy E of the wheelchair 100 , The kinetic energy E _kin is determined as the sum of a rotational energy E _red , which is determined as a function of the rotation rate Ψ (t), and a translatory energy E _trans , which is determined as a function of the velocity v (t). The control unit 105 compares the determined energy E with a threshold E _limit . The limit E _limit includes the potential energy E _pot , which is used to tilt the wheelchair 100 from the state or the current tilting bar in the balancing angle Ψ _{0 is} required. When the detected energy E reaches or exceeds the threshold E _limit , the controller generates 105 an output signal for controlling the electric motor 104 , This provides the electric motor 104 a torque M on the drive wheel 101 of the wheelchair 100 , The torque M thereby reduces the energy E of the wheelchair 100 , The wheelchair user 360 can the movement of the wheelchair 100 doing so by manual power intervention on the power transmission device 102 influence. For example, the wheelchair user 360 the wheelchair 100 additionally brake by manual force intervention or the torque M of the electric motor 104 counteract.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein durch den Rollstuhlfahrer 360 auf die Kraftübertragungsvorrichtung aufgebrachtes Drehmoment M_{Rollstuhlfahrer} erfasst. Die Ansteuerung des Elektromotors 104 erfolgt dann zusätzlich in Abhängigkeit des erfassten Drehmoments M_{Rollstuhlfahrer} des Rollstuhlfahrers 360. Je nach Richtung der Krafteinwirkung des Rollstuhlfahrers 360 auf die Kraftübertragungsvorrichtung 102 liefert der Elektromotors 104 durch die Ansteuerung 860 ein Drehmoment M, welches um das erfasste Drehmoment M_{Rollstuhlfahrer} des Rollstuhlfahrers 360 betragsmäßig erhöht oder reduziert ist.In one embodiment of the invention is a by the wheelchair user 360 detected on the power transmission device torque M _wheelchair detected. The control of the electric motor 104 Then, in addition, depending on the detected torque M _{wheelchair user of} the wheelchair user 360 , Depending on the direction of the force of the wheelchair user 360 on the power transmission device 102 provides the electric motor 104 through the control 860 a torque M, which is the detected torque M _{wheelchair user of} the wheelchair user 360 increased or reduced in amount.

In 8 ist ein Flussdiagramm des erfindungsmäßigen Verfahrens dargestellt. In einem ersten Schritt 810 wird beim Kippen des Rollstuhls 100 mittels des Sensors 110 mindestens eine Bewegungsgröße erfasst, wie beispielsweise ein Kippwinkel Ψ(t), eine Drehrate Ψ .(t) und/oder eine Drehratenbeschleunigung Ψ. .(t). Eine erfasste Bewegungsgröße repräsentiert eine Bewegung des Rollstuhls.In 8th a flowchart of the inventive method is shown. In a first step 810 is when tilting the wheelchair 100 by means of the sensor 110 detects at least one amount of motion, such as a tilt angle Ψ (t), a rate of rotation Ψ. (t) and / or a rotation rate acceleration Ψ. . (T). A detected amount of movement represents a movement of the wheelchair.

In einem optionalen zweiten Schritt 820 wird ein Gewicht m_{Rollstuhlfahrer} des Rollstuhlfahrers 360 erfasst und durch das Steuergerät 105 die Summe aus dem Gewicht m_{Rollstuhlfahrer} des Rollstuhlfahrers 360 und dem Gewicht m_Rollstuhl des Rollstuhls 100 als gemeinsames Gewicht m ermittelt. Die optionale Erfassung des Gewichtes m_{Rollstuhlfahrer} des Rollstuhlfahrers 360 kann dabei durch Eingabe des Rollstuhlfahrers 360 an einem Eingabegerät am Rollstuhl 100 (nicht dargestellt) oder durch einen zusätzlichen Sensor erfolgen. Das Gewicht m_Rollstuhl des Rollstuhls 100, das erfasste Gewicht m_{Rollstuhlfahrer} des Rollstuhlfahrers 360 und/oder das ermittelte, gemeinsame Gewicht m des Rollstuhls 100 können in einem Speicher des Steuergerätes 105 gespeichert sein.In an optional second step 820 will be a weight m _{wheelchair user of} the wheelchair user 360 detected and by the control unit 105 the sum of the weight m _{wheelchair user of} the wheelchair user 360 and the weight m _{wheelchair of} the wheelchair 100 determined as the common weight m. The optional detection of the weight m _{wheelchair user of} the wheelchair user 360 can by entering the wheelchair user 360 on an input device on the wheelchair 100 (not shown) or by an additional sensor. The weight m _{wheelchair of} the wheelchair 100 _{Wheelchair user} grasping weight m _wheelchair user 360 and / or the determined common weight m of the wheelchair 100 can be stored in a memory of the control unit 105 be saved.

In einem dritten Schritt 830 wird die Energie E des Rollstuhls 100 in Abhängigkeit der mindestens einen Bewegungsgröße ermittelt. Die Energie E umfasst eine Summe nach Gleichung (1) aus der potentiellen Energie E_pot des Rollstuhls und der kinetischen Energie E_kin des Rollstuhls, wobei die kinetische Energie E_kin eine Summe aus einer translatorischen Energie E_trans und einer rotatorischen Energie E_rot umfasst. Der potentielle Energie E_pot, der translatorische Energie E_trans und/oder der rotatorische Energie E_rot können Null sein. Optional erfolgt die Ermittlung der Energie E des Rollstuhls 100 zusätzlich in Abhängigkeit eines erfassten oder ermittelten Gewichtes. E = E_pot + E_kin = E_pot + E_trans + E_rot (1) In a third step 830 becomes the energy E of the wheelchair 100 determined as a function of the at least one movement variable. The energy E comprises a sum according to equation (1) from the potential energy E _{pot of} the wheelchair and the kinetic energy E _{kin of} the wheelchair, wherein the kinetic energy E _kin comprises a sum of a translational energy E _trans and a rotational energy E _red . The potential energy E _pot , the translational energy E _trans and / or the rotational energy E _red can be zero. Optionally, the determination of the energy E of the wheelchair 100 additionally depending on a detected or determined weight. E = E _pot + E _kin = E _pot + E _trans + E _red (1)

Die Ermittlung der potentiellen Energie E_pot des Rollstuhls 100 umfasst Gleichung (2). Gleichung (2) enthält eine Höhe h(Ψ(t)) eines gemeinsamen Schwerpunktes 350 des Rollstuhls 100 und des Rollstuhlfahrers 360. Die Höhe h(Ψ(t)) wird in Abhängigkeit des Kippwinkels Ψ(t) und zweier Konstanten k₁, k₂ bestimmt. Die zwei Konstanten k₁ und k₂ sowie das Gewicht m_Rollstuhl des Rollstuhls 100 sind in einem Speicher des Steuergerätes 105 gespeichert. E_pot = (m_Rollstuhl + m_{Rollstuhlfahrer})·g·h(Ψ(t)) = (m_Rollstuhl + m_{Rollstuhlfahrer})·g·(k₁sin(Ψ(t)) + k₂ cos(Ψ(t)) (2) Determining the potential energy E _{pot of} the wheelchair 100 includes equation (2). Equation (2) contains a height h (Ψ (t)) of a common center of gravity 350 of the wheelchair 100 and the wheelchair user 360 , The height h (Ψ (t)) is determined as a function of the tilt angle Ψ (t) and two constants k ₁ , k ₂ . The two constants k ₁ and k ₂ as well as the weight m _{wheelchair of} the wheelchair 100 are in a memory of the control unit 105 saved. E _pot = (m _wheelchair + m _{wheelchair user} ) · g · h (Ψ (t)) = (m _wheelchair + m _{wheelchair user} ) · g · (k ₁ sin (Ψ (t)) + k ₂ cos (Ψ (t) ) (2)

Eine Berechnung der translatorischen Energie E_trans des Rollstuhls 100 in Abhängigkeit der Geschwindigkeit v(t) des Rollstuhls 100 umfasst Gleichung (3).

A calculation of the translational energy E _{trans of} the wheelchair 100 depending on the speed v (t) of the wheelchair 100 includes equation (3).

Eine Berechnung der rotatorischen Energie E_rot des Rollstuhls 100 in Abhängigkeit der Drehrate Ψ .(t) umfasst Gleichung (4), wobei ein Trägheitsmoment J_S des Rollstuhls 100 bezüglich des Schwerpunktes 350, eine Masse m_Rollstuhl des Rollstuhls 100 und eine Masse m_{Rollstuhlfahrer} des Rollstuhlfahrers 360 sowie zwei Konstanten k₃ und k₄ in einem Speicher des Steuergerätes 105 hinterlegt sind. E_rot = 1 / 2·(J_S + (m_Rollstuhl + m_{Rollstuhlfahrer})·(k₃ + k₄))·(Ψ .(t))² (4) A calculation of the rotational energy E _{red of} the wheelchair 100 depending on the rate of rotation Ψ. (t) comprises equation (4), wherein an inertia J _{S of} the wheelchair 100 concerning the center of gravity 350 , a mass m _{wheelchair of} the wheelchair 100 and a mass m _wheelchair user's wheelchair user 360 and two constants k ₃ and k ₄ in a memory of the control unit 105 are deposited. E _red = 1/2 · (J _S + (m _wheelchair + m _{wheelchair user} ) · (k ₃ + k ₄ )) · (Ψ. (T)) ² (4)

In einem vierten Schritt 840 wird die ermittelte Energie E mit einem Grenzwert EGrenzwert verglichen. Wenn die ermittelte Energie E den Grenzwert E_Grenzwert überschreitet, wird in einem sechsten Schritt 860 der Elektromotor 104 durch das Steuergerät 105 mit einem Drehmoment M angesteuert. Optional wird ein manuelles Drehmoment des Rollstuhlfahrers in einem Schritt 850 erfasst und die Ansteuerung 860 des Elektromotors 104 erfolgt zusätzlich in Abhängigkeit des erfassten Drehmoments M_{Rollstuhlfahrer} des Rollstuhlfahrers 360.In a fourth step 840 the determined energy E is compared with a limit value EGrenzwert. If the determined energy E exceeds the threshold E _limit , in a sixth step 860 the electric motor 104 through the control unit 105 controlled with a torque M. Optionally, a manual torque of the wheelchair user in one step 850 recorded and the control 860 of the electric motor 104 in addition, depending on the detected torque M _{wheelchair user of} the wheelchair user 360 ,

Der Grenzwert E_Grenzwert kann der potentiellen Energie E_pot am Balancierwinkel Ψ₀ entsprechen, siehe Gleichung (5). Der Balancierwinkel Ψ₀ ist ein Kippwinkel Ψ(t) bei dem der Schwerpunkt 350 des Rollstuhls 100 inklusive einem Rollstuhlfahrer 360 über der Achse 106 des mindestens einen Antriebsrades 101 liegt. E_Grenzwert = E_pot(Ψ(t) = Ψ₀) = (m_Rollstuhl + m_{Rollstuhlfahrer})·g·h(Ψ₀) = (m_Rollstuhl + m_{Rollstuhlfahrer})·g·(k₁sin(Ψ₀) + k₂cos(Ψ₀)) (5) The limit E _{limit value} may correspond to the potential energy E _pot at the balance angle Ψ ₀ , see equation (5). The balance angle Ψ ₀ is a tilt angle Ψ (t) at which the center of gravity 350 of the wheelchair 100 including a wheelchair user 360 above the axis 106 of the at least one drive wheel 101 lies. E _limit = E _pot (Ψ (t) = Ψ ₀ ) = (m _wheelchair + m _{wheelchair user} ) · g · h (Ψ ₀ ) = (m _wheelchair + m _{wheelchair user} ) · g · (k ₁ sin (Ψ ₀ ) + k ₂ cos (Ψ ₀ )) (5)

In einer erweiterten Ausführung des Verfahrens kann in einem weiteren optionalen Schritt das Steuergerät (105) den Balancierwinkel Ψ₀ durch ein Balancierwinkelermittlungsverfahren ermitteln.In an expanded embodiment of the method, in a further optional step, the control unit ( 105 ) determine the balance angle Ψ ₀ by a balance angle determination method.

In einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung umfasst der Grenzwert E_Grenzwert eine Summe aus der potentiellen Energie E_pot am Balancierwinkel Ψ₀ und einer Überschussenergie E_a, siehe Gleichung 6. Die erlaubte Überschussenergie E_a kann beispielsweise zwischen 0,5 bis 3 Joule betragen. Wenn der Grenzwert E_Grenzwert eine Summe der potentiellen Energie E_pot am Balancierwinkel Ψ₀ und einer Überschussenergie E_a ist, so wird vorteilhafterweise ein guter Kompromiss aus der Reduzierung des Umkipprisikos und einem agilen Fahrverhalten für den Rollstuhlfahrer 360 realisiert. E_Grenzwert = E_pot(Ψ(t) = Ψ₀) + E_a = (m_Rollstuhl + m_{Rollstuhlfahrer})·g·h(Ψ₀) + E_a = (m_Rollstuhl + m_{Rollstuhlfahrer})·g·(k₁sin(Ψ₀) + k₂ cos(Ψ₀)) + E_a (6) In a preferred further development of the invention, the limit value E _{limit value} comprises a sum of the potential energy E _pot at the balancing angle Ψ ₀ and an excess energy E _a , see equation 6. The permitted excess energy E _a can be, for example, between 0.5 to 3 joules. If the limit E _{limit is} a sum of the potential energy E _pot at the balance angle Ψ ₀ and an excess energy E _a , then advantageously a good compromise from the reduction of Umkipprisikos and an agile handling for the wheelchair user 360 realized. E _limit = E _pot (Ψ (t) = Ψ ₀ ) + E _a = (m _wheelchair + m _{wheelchair user} ) · g · h (Ψ ₀ ) + E _a = (m _wheelchair + m _{wheelchair user} ) · g · (k ₁ sin (Ψ ₀ ) + k ₂ cos (Ψ ₀ )) + E _a (6)

Es erfolgt nur dann eine Ansteuerung 860 des Elektromotors 104 zur Erzeugung eines Drehmoments M auf die Achse 106 des Antriebsrades 101, wenn die ermittelte Energie E den Grenzwert E_Grenzwert überschreitet bzw. die Energiedifferenz ΔE zwischen der ermittelten Energie E des Rollstuhls 100 und dem Grenzwert E_Grenzwert positiv ist.There is only one control 860 of the electric motor 104 for generating a torque M on the axis 106 of the drive wheel 101 if the determined energy E exceeds the limit value E _{limit value} or the energy difference ΔE between the determined energy E of the wheelchair 100 and the limit E _{limit is} positive.

Das durch die Ansteuerung erzeugte Drehmoment M wirkt in dieser Schrift mit Drehrichtung nach vorne und entgegen des positiven Kipp-Drehmoments des Rollstuhls, d.h. das Drehmoment M des Elektromotors ist in dieser Schrift immer negativ. The torque generated by the control acts in this direction with the direction of rotation forward and against the positive tilting torque of the wheelchair, i. the torque M of the electric motor is always negative in this document.

Bevorzugt erfolgt die Ansteuerung 860 des Elektromotors 104 zur Erzeugung eines Drehmoments M zur Energiereduzierung bzw. entgegen der Bewegung des Rollstuhls 100 in Abhängigkeit der Energiedifferenz ΔE aus der ermittelten Energie E des Rollstuhls 100 und dem Grenzwert E_Grenzwert, siehe Gleichung (7.1) und Gleichung (7.2). Dabei können Konstanten c₁ und c₂ vorgesehen sein. Die Ableitung des durch die Ansteuerung 860 erzeugten Drehmoments M nach der Energiedifferenz ΔE ist negativ. Anders ausgedrückt wird das negative Drehmoment M des Elektromotors 104 mit zunehmender Energiedifferenz ΔE der aktuellen Energie E zum Grenzwert E_Grenzwert betragsmäßig erhöht. Die Abhängigkeit des durch den Elektromotor mittels der Ansteuerung 860 erzeugten Drehmoments M von der Energiedifferenz ΔE kann linear oder alternativ quadratisch oder beispielsweise auch in höheren Polynomen realisiert sein.

The activation preferably takes place 860 of the electric motor 104 for generating a torque M for energy reduction or against the movement of the wheelchair 100 as a function of the energy difference ΔE from the determined energy E of the wheelchair 100 and the limit E _limit , see equation (7.1) and equation (7.2). In this case, constants c ₁ and c _{2 can be} provided. The derivative of the by the control 860 generated torque M after the energy difference ΔE is negative. In other words, the negative torque M of the electric motor 104 increases with increasing energy difference .DELTA.E the current energy E to the limit E _limit amount. The dependence of the by the electric motor by means of the drive 860 generated torque M of the energy difference .DELTA.E can be realized linearly or alternatively quadratically or for example also in higher polynomials.

Alternativ erfolgt die Ansteuerung 860 des Elektromotors 104 zur Erzeugung eines Drehmoments M zur Energiereduzierung bzw. entgegen der Bewegung des Rollstuhls 100 in Abhängigkeit eines Winkelabstands ΔΨ des aktuellen Kippwinkels Ψ(t) zum Balancierwinkel Ψ₀, siehe Gleichung (8.1) und Gleichung (8.2). Dabei können Konstanten c₁ und c₃ vorgesehen sein. Die Ableitung des durch die Ansteuerung 860 erzeugten Drehmoments M des Elektromotors 104 nach dem Winkelabstands ΔΨ ist negativ. Anders ausgedrückt wird das negative Drehmoment M des Elektromotors 104 mit zunehmendem Winkelabstand ΔΨ des aktuellen Kippwinkels Ψ(t) zum Balancierwinkel Ψ_{0 betragsmäßig} erhöht. Die Abhängigkeit des durch den Elektromotor mittels der Ansteuerung 860 erzeugten Drehmoments M von dem Winkelabstand ΔΨ kann linear oder alternativ quadratisch oder beispielsweise auch in höheren Polynomen realisiert sein.

Alternatively, the control takes place 860 of the electric motor 104 for generating a torque M for energy reduction or against the movement of the wheelchair 100 in dependence of an angular distance ΔΨ of the current tilt angle Ψ (t) to the balance angle Ψ ₀ , see equation (8.1) and equation (8.2). In this case, constants c ₁ and c _{3 can be} provided. The derivative of the by the control 860 generated torque M of the electric motor 104 after the angular distance ΔΨ is negative. In other words, the negative torque M of the electric motor 104 increases in _magnitude with increasing angular distance ΔΨ of the current tilt angle Ψ (t) to the balance angle Ψ ₀ . The dependence of the by the electric motor by means of the drive 860 generated torque M of the angular distance ΔΨ can be realized linearly or alternatively quadratically or for example also in higher polynomials.

In einer Weiterführung der Erfindung ermittelt das Steuergerät 105 einen Quotienten Q in Abhängigkeit der Energiedifferenz ΔE und des Winkelabstandes ΔΨ, wie beispielsweise in Gleichung (9.1) beschrieben. Die Ansteuerung 860 des Elektromotors 104 zur Erzeugung eines Drehmoments M zur Energiereduzierung bzw. entgegen der Bewegung des Rollstuhls 100 erfolgt in dieser Weiterführung in Abhängigkeit des ermittelten Quotienten Q, siehe Gleichung (9.2). Dabei können Konstanten c₁ und c₄ vorgesehen sein.

In a continuation of the invention, the control unit determines 105 a quotient Q as a function of the energy difference ΔE and the angular separation ΔΨ, as described for example in equation (9.1). The control 860 of the electric motor 104 for generating a torque M for energy reduction or against the movement of the wheelchair 100 takes place in this continuation depending on the determined quotient Q, see equation (9.2). In this case, constants c ₁ and c ₄ may be provided.

Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung 860 des Elektromotors 104 zur Erzeugung eines Drehmoments M zur Energiereduzierung bzw. entgegen der Bewegung des Rollstuhls 100 nach einer der obigen Gleichungen (7.2), (8.2) oder (9.2) des Weiteren erst bei einer Überschreitung eines ersten Schwellenwerts S₁ für die Energiedifferenz ΔE und/oder bei einer Überschreitung eines zweiten Schwellenwerts S₂ für den Winkelabstand ΔΨ. Der erste Schwellenwert S₁ Repräsentiert damit die Überschussenergie E_a.Preferably, the control takes place 860 of the electric motor 104 for generating a torque M for energy reduction or against the movement of the wheelchair 100 furthermore, according to one of the above equations (7.2), (8.2) or (9.2), only if the first threshold value S ₁ for the energy difference ΔE is exceeded and / or if the second threshold value S ₂ for the angular distance ΔΨ is exceeded. The first threshold value S ₁ represents the excess energy E _a .

Vorteilhafterweise erfolgt die Ansteuerung 860 des Elektromotors 104 zur Erzeugung eines Drehmoments M₂ zur Energiereduzierung bzw. entgegen der Bewegung des Rollstuhls 100 außerdem in Abhängigkeit eines erfassten, manuell vom Rollstuhlfahrer 360 aufgebrachten Drehmoments M_{Rollstuhlfahrer}, siehe Gleichung (10). Das erzeugte Drehmoment M₂ wird damit in Abhängigkeit des Drehmoments M₁, welches beispielsweise nach Gleichung (7.2), (8.2) oder (9.2) ermitteltet wird, und in Abhängigkeit des manuell vom Rollstuhlfahrer 360 aufgebrachten Drehmoments M_{Rollstuhlfahrer} ermittelt. Das Drehmoment M_{Rollstuhlfahrer} des Rollstuhlfahrers 360 kann dabei positiv oder negativ sein. Ein positives Drehmoment M_{Rollstuhlfahrer} des Rollstuhlfahrers 360 beschleunigt den Rollstuhl 100 in Vorwärtsrichtung und kann zudem unter anderem zu einem Kippen bzw. Umkippen des Rollstuhls 100 nach hinten führen. Ein negatives Drehmoment M_{Rollstuhlfahrer} des Rollstuhlfahrers 360 beschleunigt den Rollstuhl 100 in Rückwärtsrichtung und wirkt einem Umkippen des Rollstuhls 100 entgegen. M₂ = M₁ – M_{Rollstuhlfahrer} (10) Advantageously, the control takes place 860 of the electric motor 104 for generating a torque M ₂ for energy reduction or against the movement of the wheelchair 100 also depending on a detected, manually by the wheelchair user 360 applied torque M _{wheelchair users} , see equation (10). The generated torque M ₂ is thus determined as a function of the torque M ₁ , which is determined, for example, according to equation (7.2), (8.2) or (9.2), and depending on the manual by the wheelchair user 360 applied torque M _{wheelchair users} determined. The torque M _{Wheelchair user of} the wheelchair user 360 can be positive or negative. A positive torque M _{Wheelchair user of} the wheelchair user 360 accelerates the wheelchair 100 in the forward direction and may, among other things, to a tilting or tipping over of the wheelchair 100 lead to the back. A negative torque M _{Wheelchair user of} the wheelchair user 360 accelerates the wheelchair 100 in the reverse direction and affects a tip over of the wheelchair 100 opposite. M ₂ = M ₁ - M _{wheelchair users} (10)

In 9 ist ein erfindungsgemäßes Steuergerät, welches das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, abgebildet. Das Steuergerät 105 umfasst wenigstens eine Recheneinheit 902. Die Recheneinheit 902 erfasst ein Sensorsignal eines Sensors 110. Das Sensorsignal repräsentiert eine Bewegungsgröße des Rollstuhls 100. Außerdem erzeugt die Recheneinheit 902 ein Ausgangssignal zur Ansteuerung eines Elektromotors 104 eines Rollstuhls 100 in Abhängigkeit der erfassten Bewegungsgröße, wobei durch die Ansteuerung der Elektromotor 104 ein Drehmoment M beziehungsweise M₂ auf das Antriebsrad 101 des Rollstuhls 100 liefert. Das Steuergerät kann zusätzlich eine Empfangseinheit 901 und/oder eine Ausgabeeinheit 903 und/oder einen Speicher 904 aufweisen.In 9 is a control device according to the invention, which carries out the method according to the invention shown. The control unit 105 comprises at least one arithmetic unit 902 , The arithmetic unit 902 detects a sensor signal from a sensor 110 , The sensor signal represents a movement amount of the wheelchair 100 , In addition, the arithmetic unit generates 902 an output signal for controlling an electric motor 104 a wheelchair 100 depending on the detected amount of movement, wherein by the control of the electric motor 104 a torque M or M ₂ to the drive wheel 101 of the wheelchair 100 supplies. The Control unit can additionally have a receiving unit 901 and / or an output unit 903 and / or a memory 904 exhibit.

In einer alternativen Ausführung der Erfindung wird zusätzlich oder als Ersatz für das Steuergerät 105 ein tragbarer Computer am Rollstuhl 100 befestigt. Ein solcher tragbarer Computer als Steuergerät 105 kann beispielsweise ein Smartphone sein. Der Computer als Steuergerät 105 kann auch wenigstens einen Sensor 110 für das erfindungsgemäße Verfahren aufweisen.In an alternative embodiment of the invention, in addition or as a replacement for the control unit 105 a portable computer on a wheelchair 100 attached. Such a portable computer as a controller 105 can be for example a smartphone. The computer as a control device 105 can also have at least one sensor 110 for the inventive method.

In einem weiteren, optionalen Schritt des Verfahrens kann der aktuelle Kippwinkel Ψ(t), die Energie E des Rollstuhls 100, die Differenz ΔE aus der Energie E des Rollstuhls 100 und dem Grenzwert E_Grenzwert und/oder der Winkelabstand ΔΨ des aktuellen Kippwinkels Ψ(t) zum Balancierwinkel Ψ₀ dem Rollstuhlfahrer 360 angezeigt werden. Die Anzeige kann visuell an einem Anzeigegerät realisiert sein. Die Anzeige kann alternativ auch akustisch durch einen Signalton über einen Lautsprecher oder alternativ auch haptisch durch mindestens einen Aktor an mindestens einer der Kraftübertragungseinrichtung 102 und/oder am Rollstuhlgestell erfolgen. In a further, optional step of the method, the current tilt angle Ψ (t), the energy E of the wheelchair 100 , the difference ΔE from the energy E of the wheelchair 100 and the limit value E _{limit value} and / or the angular distance ΔΨ of the current tilt angle Ψ (t) to the balance angle Ψ ₀ the wheelchair user 360 are displayed. The display can be realized visually on a display device. Alternatively, the display can also be acoustically by a signal tone via a loudspeaker or, alternatively, by haptic means by at least one actuator on at least one of the power transmission device 102 and / or carried out on the wheelchair frame.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008002993 B3 [0003, 0019]
US 5701965 [0004]
DE 60021709 T2 [0004]

Claims

Method for the predictive control of an electric motor for reducing the risk of tipping over of a wheelchair, comprising at least the following steps: 810 ) at least one movement amount of the wheelchair ( 100 ), and • Determination ( 830 ) of an energy (E) of the wheelchair ( 100 ) as a function of the at least one movement variable, and • comparison ( 840 ) of the energy (E) with a limit value (E _{limit value} ), characterized in that at an energy (E) greater than the limit value (E _{limit value} ), a • activation ( 860 ) of an electric motor ( 104 ), so that the electric motor ( 104 ) a torque (M) on the drive wheel ( 101 ) of the wheelchair ( 100 ), wherein the torque (M) the energy (E) of the wheelchair ( 100 ) reduced.

Method according to claim 1, characterized in that • in a further step ( 850 ) a manual torque (M _{wheelchair user} ) of the wheelchair user ( 360 ) to a power transmission device ( 102 ), and • the control ( 860 ) of the electric motor ( 104 ) additionally depending on the detected torque (M _{wheelchair user} ) of the wheelchair user ( 360 ) he follows.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that 810 ) a tilt angle (Ψ (t)) of the wheelchair ( 100 ) and / or a rate of rotation (Ψ (t)) about an axis ( 106 ) of a drive wheel ( 101 ) of the wheelchair ( 100 ) and / or a speed (v (t)) of the wheelchair ( 100 ) is detected as a movement variable, and • the determination ( 830 ) of the energy (E) in dependence on the tilt angle (Ψ (t)) and / or the rotation rate (Ψ (t)) and / or the speed (v (t)) takes place.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the determination ( 830 ) the determined energy (E) of the wheelchair ( 100 ) has a sum of the potential energy (E _pot ), the translational energy (E _trans ) and the rotational energy (E _red ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that during the determination ( 830 ) the energy (E) as a function of a weight (m _{wheelchair user} ) of a wheelchair user ( 360 ) is determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the comparison ( 840 ) the limit (E _limit ) a potential energy (E _pot ) of the wheelchair ( 100 ) is represented at a tilt angle (Ψ (t)), in particular at the balance angle (Ψ ₀ ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the comparison ( 840 ) the limit (E _limit ) comprises a sum of a potential energy (E _pot ) at the balancing angle (Ψ ₀ ) and an allowable excess energy (E _a ).

A method according to claim 7, characterized in that the excess energy (E _a ) may be up to 3 joules.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the control ( 860 ) of the electric motor ( 104 ) as a function of an angular distance (ΔΨ) of the current tilt angle (Ψ (t)) to the balance angle (Ψ ₀ ) and / or a difference (ΔE) of the energy (E) of the wheelchair ( 100 ) to the limit value (E _{limit value} ).

Method according to claim 9, characterized in that the control ( 860 ) of the electric motor ( 104 ) is only at an angular distance (ΔΨ) smaller than a driving distance, wherein the driving distance is set in particular to a value between 5 ° to 10 ° and / or by the wheelchair user ( 360 ) can be adjusted.

Method according to one of claims 9 or 10, characterized in that • an energy difference (ΔE) from the energy (E) of the wheelchair ( 100 ) and the limit value (E _{limit value} ) is determined, and / or • an angular distance (ΔΨ) of the tilt angle (Ψ (t)) to the balancing angle (Ψ ₀ ) is determined, and / or • a quotient (Q) from the energy difference ( ΔE) and / or the angular distance (ΔΨ) is determined, and • the control ( 860 ) of the electric motor ( 104 ) with a torque (M) against the movement of the wheelchair ( 100 ) as a function of the energy difference (ΔE) and / or the angular distance (ΔΨ) and / or the quotient (Q).

Computer program, which executes a method according to one of claims 1 to 11.

Electric storage medium with a computer program according to claim 12.

Control unit ( 105 ), which carries out a method according to one of claims 1 to 11, comprising at least one arithmetic unit ( 902 ), which • at least one movement amount of the wheelchair ( 100 ), and • an output signal for controlling an electric motor ( 104 ) depending on the detected amount of movement.

Wheelchair ( 100 ) with risk reduction of tipping, whereby the wheelchair ( 100 ) has the following components: • a sensor ( 110 ) for detecting at least one movement variable, and • a control device ( 105 ) according to claim 14 for driving an electric motor ( 104 ) as a function of a detected amount of movement, and • at least one electric motor ( 104 ) for applying a torque (M), wherein the torque (M) the energy (E) of the wheelchair ( 100 ) reduced.