DE102018200784A1 - Transport device, in particular stroller with mass estimate - Google Patents
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Abstract
Bei einer Transportvorrichtung (100), insbesondere einem Kinderwagen, mit mindestens drei Rädern (116, 118, 120, 122) und mit einem Handgriff (110) für einen Benutzer, wobei von den mindestens drei Rädern mindestens ein Rad (120, 122) als Antriebsrad (132, 134) ausgebildet ist, das mittels einer zugeordneten elektrischen Antriebseinheit (140, 142) elektromotorisch antreibbar ist, um eine zumindest teilweise elektromotorische Unterstützung eines manuellen Schiebe- oder Ziehbetriebs der Transportvorrichtung durch den Benutzer zu ermöglichen, und wobei die elektrische Antriebseinheit mittels einer dieser zugeordneten Drehmomentregelvorrichtung (200, 202) regelbar ist und die Transportvorrichtung eine Recheneinheit (400) zur Masseschätzung der Transportvorrichtung aufweist, ist mindestens ein Beschleunigungssensor (170, 172) vorgesehen und die Drehmomentregelvorrichtung (200, 202) ist mit einem Testsignal (Ts) beaufschlagbar, wobei die Recheneinheit (400) dazu ausgebildet ist, zumindest anhand der durch das Testsignal (T) an der Transportvorrichtung (100) erzeugte und von dem mindestens einen Beschleunigungssensor (172) erfasste Beschleunigungssignal (y(t)) eine Masse (m) der Transportvorrichtung (100) zu ermitteln.In a transport device (100), in particular a stroller, with at least three wheels (116, 118, 120, 122) and with a handle (110) for a user, wherein of the at least three wheels at least one wheel (120, 122) as Drive wheel (132, 134) is formed, which is driven by an associated electric drive unit (140, 142) by an electric motor to allow at least partially electromotive assistance of a manual sliding or pulling operation of the transport device by the user, and wherein the electric drive unit means one of these associated torque control device (200, 202) is controllable and the transport device has a computing unit (400) for mass estimation of the transport device, at least one acceleration sensor (170, 172) is provided and the torque control device (200, 202) is connected to a test signal (Ts) acted upon, wherein the arithmetic unit (400) is adapted to beind est on the basis of the test signal (T) on the transport device (100) and generated by the at least one acceleration sensor (172) detected acceleration signal (y (t)) to determine a mass (m) of the transport device (100).
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transportvorrichtung, insbesondere einen Kinderwagen, mit mindestens drei Rädern und mit einem Handgriff für einen Benutzer, wobei von den mindestens drei Rädern mindestens ein Rad als Antriebsrad ausgebildet ist, das mittels einer zugeordneten elektrischen Antriebseinheit elektromotorisch antreibbar ist, um eine zumindest teilweise elektromotorische Unterstützung eines manuellen Schiebe- oder Ziehbetriebs der Transportvorrichtung durch den Benutzer zu ermöglichen, und wobei die elektrische Antriebseinheit mittels einer dieser zugeordneten Drehmomentregelvorrichtung regelbar ist und die Transportvorrichtung eine Recheneinheit zur Masseschätzung der Transportvorrichtung aufweist. Darüber hinaus hat die Erfindung ein Verfahren zum Schätzen einer Masse einer Transportvorrichtung, insbesondere eines Kinderwagens, zum Gegenstand.The present invention relates to a transport device, in particular a stroller, with at least three wheels and a handle for a user, wherein of the at least three wheels at least one wheel is designed as a drive wheel, which is driven by an electric motor driven electric motor to at least one partially to enable electromotive support manual sliding or pulling operation of the transport device by the user, and wherein the electric drive unit by means of one of these associated torque control device is controllable and the transport device has a computing unit for mass estimation of the transport device. In addition, the invention has a method for estimating a mass of a transport device, in particular a baby carriage, the subject.
Aus dem Stand der Technik sind als Kinderwagen ausgebildete Transportvorrichtungen mit einer aktiven Unterstützung eines Benutzers im Schiebe- oder Ziehbetrieb durch ein elektromotorisch antreibbares Antriebsrad bekannt. Zur Erzielung optimaler Unterstützungsergebnisse, insbesondere zur benutzer- und belastungsgerechten Regelung des im Allgemeinen mindestens einen elektromotorisch angetriebenen Antriebsrads einer Hinterachse des Kinderwagens, ist neben der genauen Kenntnis der Art des Untergrunds, auf dem der Kinderwagen bewegt wird, das Wissen über die aktuelle Masse des Kinderwagens von zentraler Bedeutung.From the prior art trained as a stroller transport devices with an active support of a user in the sliding or pulling operation by an electric motor drivable drive wheel are known. In order to achieve optimal support results, in particular for user and load regulation of generally at least one electric motor driven drive wheel of a rear axle of the stroller, in addition to the exact knowledge of the type of substrate on which the stroller is moved, the knowledge of the current mass of the stroller central.
Die Masse eines Kinderwagens ist jedoch unter anderem aufgrund von variierenden Ausstattungskomponenten bzw. Zubehörteilen und/oder des Gewichts mindestens eines darin aufzunehmenden Kindes variabel. Darüber hinaus ist die Erfassung der vollständigen Masse des Kinderwagens unter Einschluss der Räder aufwändig, wenn eine Gewichtsmessung beispielsweise mit Hilfe von mehreren Dehnungsmessstreifen, Federelementen oder dergleichen erfolgen soll, die zur Erfassung von geringfügigen gewichtsabhängigen Deformationen des Fahrgestells des Kinderwagens und deren Transformation in gewichts- bzw. masseproportionale elektrische Messsignale erforderlich sind. Ferner gestaltet sich eine unmittelbare Massemessung durch Kraftsensoren an sämtlichen Radachsen des Kinderwagens nicht nur im Hinblick auf die notwendige Verdrahtung bzw. eine gegebenenfalls drahtlose Datenübertragung aufwändig.However, the mass of a baby carriage is variable, inter alia due to varying equipment components or accessories and / or the weight of at least one child to be included therein. In addition, the detection of the complete mass of the stroller including the wheels is complicated if a weight measurement, for example, with the aid of several strain gauges, spring elements or the like should be used to detect slight weight-dependent deformations of the chassis of the stroller and their transformation in weight or Mass-proportional electrical measurement signals are required. Furthermore, a direct mass measurement by force sensors on all the wheel axles of the baby carriage is not only complicated with regard to the necessary wiring or possibly wireless data transmission.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transportvorrichtung, insbesondere einen Kinderwagen mit mindestens drei Rädern und mit einem Handgriff für einen Benutzer, wobei von den mindestens drei Rädern mindestens ein Rad als Antriebsrad ausgebildet ist, das mittels einer zugeordneten elektrischen Antriebseinheit elektromotorisch antreibbar ist, um eine zumindest teilweise elektromotorische Unterstützung eines manuellen Schiebe- oder Ziehbetriebs der Transportvorrichtung durch den Benutzer zu ermöglichen. Die elektrische Antriebseinheit ist mittels einer dieser zugeordneten Drehmomentregelvorrichtung regelbar und die Transportvorrichtung weist eine Recheneinheit zur Masseschätzung der Transportvorrichtung auf. Es ist mindestens ein Beschleunigungssensor vorgesehen und die Drehmomentregelvorrichtung ist mit einem Testsignal beaufschlagbar, wobei die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, zumindest anhand der durch das Testsignal an der Transportvorrichtung erzeugte und von dem mindestens einen Beschleunigungssensor erfasste Beschleunigungssignal eine Masse der Transportvorrichtung zu ermitteln.The present invention relates to a transport device, in particular a stroller with at least three wheels and with a handle for a user, wherein of the at least three wheels at least one wheel is designed as a drive wheel which is driven by an electric motor drive unit by an electric motor, at least partially allow electromotive assistance of a manual sliding or pulling operation of the transport device by the user. The electric drive unit can be controlled by means of a torque control device associated therewith, and the transport device has an arithmetic unit for mass estimation of the transport device. At least one acceleration sensor is provided and the torque control device can be acted upon by a test signal, wherein the arithmetic unit is designed to determine a mass of the transport device based at least on the acceleration signal generated by the test signal on the transport device and detected by the at least one acceleration sensor.
Hierdurch ist eine vergleichsweise präzise Erfassung einer (Gesamt-)Masse der Transportvorrichtung in Echtzeit bzw. „online“ möglich. Unter der (Gesamt- )Masse wird im Kontext dieser Beschreibung die Masse der Transportvorrichtung unter Einschluss aller Zubehör- und Anbauteile sowie das Gewicht mindestens eines mittels der Transportvorrichtung zu transportierenden Gegenstands bzw. eines Kindes verstanden. Eine ansonsten notwendige Platzierung einer Vielzahl von Gewichtssensoren an unterschiedlichen Positionen am Fahrgestell der Transportvorrichtung kann entfallen.As a result, a comparatively precise detection of a (total) mass of the transport device in real time or "online" possible. In the context of this description, the mass is understood to mean the mass of the transport device, including all accessories and add-on parts, as well as the weight of at least one object or child to be transported by means of the transport device. An otherwise necessary placement of a plurality of weight sensors at different positions on the chassis of the transport device can be omitted.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Testsignal ein sinus- oder cosinusförmiges Drehmomentsignal. Aufgrund des harmonischen Signalverlaufs vereinfachen sich der erforderliche mathematische und numerische Aufwand bei der Massekalkulation der Transportvorrichtung beträchtlich.According to a preferred embodiment, the test signal is a sinusoidal or cosinusoidal torque signal. Due to the harmonic waveform simplify the required mathematical and numerical effort in the mass calculation of the transport device considerably.
Bevorzugt weist die elektrische Antriebseinheit einen Elektromotor, insbesondere einen bürstenlosen Gleichstrommotor, auf. Hierdurch ist ein praktisch verschleißarmer, im Wesentlichen wartungsarmer sowie ausgezeichnet regelbarer Antrieb der Transportvorrichtung gewährleistet.The electric drive unit preferably has an electric motor, in particular a brushless DC motor. As a result, a practically low-wear, substantially low maintenance and excellent controllable drive the transport device is guaranteed.
Bevorzugt ist der elektrischen Antriebseinheit ein Getriebe zugeordnet. Infolgedessen ist eine flexible Drehmomentanpassung der Elektromotoren an die Erfordernisse der Transportvorrichtung möglich. Gegebenenfalls kann eine Gangumschaltung mit mindestens einem Gang vorgesehen sein, um zum Beispiel neben einem Flachlandbetrieb auch einen Bergbetrieb der Transportvorrichtung zu ermöglichen.Preferably, the electric drive unit is associated with a transmission. As a result, a flexible torque adjustment of the electric motors to the requirements of the transport device is possible. Optionally, a gear change can be provided with at least one gear to, for example, in addition to a flat-land operation also allow a mining operation of the transport device.
Bei einer weiteren technisch vorteilhaften Ausgestaltung ist mittels des mindestens einen Beschleunigungssensors im Wesentlichen ein Beschleunigungssignal in einer primären Schiebe- oder Ziehrichtung der Transportvorrichtung erfassbar. Hierdurch wird vorrangig eine Hauptbewegungsrichtung der Transportvorrichtung zur Masseschätzung herangezogen.In a further technically advantageous embodiment, by means of the at least one acceleration sensor substantially an acceleration signal in a primary sliding or pulling direction of the transport device can be detected. As a result, a main movement direction of the transport device for mass estimation is primarily used.
Gemäß einer weiteren günstigen Ausgestaltung ist die Masse der Transportvorrichtung mittels einer durch die Recheneinheit implementierten Frequenzanalyse schätzbar. In diesem Zusammenhang können verschiedene numerische Verfahren, wie zum Beispiel eine diskrete Fourier-Transformation, zur Berechnung der Masse eingesetzt werden.According to a further advantageous embodiment, the mass of the transport device can be estimated by means of a frequency analysis implemented by the arithmetic unit. In this connection, various numerical methods, such as a discrete Fourier transform, can be used to calculate the mass.
Bevorzugt weist die Recheneinheit zur Frequenzanalyse einen Goertzel-Filter auf. Hierdurch ist eine besonders effektive numerische Auswertung zur Masseschätzung gegeben.Preferably, the arithmetic unit for frequency analysis on a Goertzel filter. As a result, a particularly effective numerical evaluation for mass estimation is given.
Gemäß einer technisch vorteilhaften Weiterbildung weist die Recheneinheit einen Korrelator zum Schätzen der Masse der Transportvorrichtung auf. Infolgedessen steht eine aus der Nachrichten- und Funktechnik erprobte und bewährte Auswertemethode zur Verfügung.According to a technically advantageous development, the arithmetic unit has a correlator for estimating the mass of the transport device. As a result, a tried-and-tested evaluation method based on news and radio technology is available.
Bevorzugt erfolgt die Schätzung der Masse mittels der Recheneinheit in Echtzeit. Infolgedessen ist eine sehr komfortable Regelung des elektrisch unterstützten Schiebe- und Ziehbetriebs der Transportvorrichtung jeweils in Abhängigkeit von den aktuellen Gegebenheiten möglich.The estimation of the mass by means of the arithmetic unit preferably takes place in real time. As a result, a very comfortable control of the electrically assisted sliding and pulling operation of the transport device is possible in each case depending on the current circumstances.
Gemäß einer Ausführungsform sind von den mindestens drei Rädern mindestens zwei Räder als Antriebsräder ausgebildet, die jeweils mittels mindestens einer elektrischen Antriebseinheit elektromotorisch antreibbar sind, und wobei die elektrischen Antriebseinheiten mittels einer diesen jeweils zugeordneten Drehmomentregelvorrichtung unabhängig voneinander regelbar sind. Somit kann ein symmetrischer Antrieb der Transportvorrichtung ermöglicht werden, bei dem ein so genanntes „Schiefziehen“ im Schiebe- oder Ziehbetrieb der Transportvorrichtung vermieden werden kann.According to one embodiment, of the at least three wheels, at least two wheels are designed as drive wheels, each of which can be driven by an electric drive unit by means of at least one electric drive unit, and wherein the electric drive units can be controlled independently of one another by means of a respectively associated torque control device. Thus, a symmetrical drive of the transport device can be made possible, in which a so-called "skewing" in the sliding or pulling operation of the transport device can be avoided.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Schätzen einer Masse einer Transportvorrichtung, insbesondere eines Kinderwagens, mit mindestens drei Rädern und mit einem Handgriff für einen Benutzer bereit. Von den mindestens drei Rädern ist mindestens ein Rad als Antriebsrad mittels einer elektrischen Antriebseinheit elektromotorisch antreibbar, um eine zumindest teilweise elektromotorische Unterstützung eines manuellen Schiebe- oder Ziehbetriebs der Transportvorrichtung durch den Benutzer zu gewährleisten, wobei die elektrische Antriebseinheit mittels einer dieser zugeordneten Drehmomentregelvorrichtung regelbar ist. Die Drehmomentregelvorrichtung wird mit einem Testsignal zur schwingungstechnischen Anregung der Transportvorrichtung beaufschlagt und eine Schätzung der Masse der Transportvorrichtung erfolgt zumindest durch das Auswerten des von mindestens einem Beschleunigungssensor erfassten Beschleunigungssignals.Moreover, the present invention provides a method for estimating a mass of a transport device, in particular a stroller, with at least three wheels and with a handle for a user. Of the at least three wheels, at least one wheel can be driven as an electric motor by means of an electric drive unit to ensure at least partial electromotive support of a manual sliding or pulling operation of the transport device by the user, wherein the electric drive unit is controllable by means of a torque control device associated therewith. The torque control device is subjected to a test signal for vibrational excitation of the transport device and an estimate of the mass of the transport device takes place at least by evaluating the acceleration signal detected by at least one acceleration sensor.
Hierdurch ist eine vergleichsweise genaue Erfassung einer aktuellen (Gesamt- )Masse der Transportvorrichtung ohne die Notwendigkeit einer Platzierung einer Vielzahl von Gewichtssensoren an der Transportvorrichtung in Echtzeit möglich.As a result, a comparatively accurate detection of a current (total) mass of the transport device without the need for placement of a plurality of weight sensors on the transport device in real time is possible.
Bei einer günstigen Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das Auswerten durch einen mit Hilfe einer Recheneinheit implementierten Goertzel-Algorithmus. Hierdurch ist eine numerisch ressourcensparende bzw. mathematisch effektive numerische Umsetzung mittels der Recheneinheit gewährleistet.In a favorable development of the method, the evaluation takes place by means of a Goertzel algorithm implemented with the aid of a computing unit. This ensures a numerically resource-saving or mathematically effective numerical conversion by means of the arithmetic unit.
Im Falle einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Auswerten durch eine mit Hilfe einer Recheneinheit implementierten Korrelation. Infolgedessen kann auf das insbesondere in der Nachrichten- und Funktechnik seit langem erprobte und bewährte Korrelationsverfahren zurückgegriffen werden.In the case of a further embodiment, the evaluation takes place by means of a correlation implemented with the aid of a computing unit. As a result, it is possible to fall back on the proven and proven correlation method, which has long been tried and tested in particular in the news and radio technology.
Figurenlistelist of figures
Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Seitenansicht einer als Kinderwagen ausgebildeten Transportvorrichtung, -
2 ein mechanisch-elektrisches Blockdiagramm des Kinderwagens von1 mit einer Recheneinheit zur Masseabschätzung, -
3 ein schematisches Blockschaltbild des Kinderwagens von1 mit einem mittels der Recheneinheit implementierten Goertzel-Filter, und -
4 ein schematisches Blockschaltbild des Kinderwagens von1 mit einem mittels der Recheneinheit implementierten Korrelator.
-
1 a schematic side view of a transport device designed as a stroller, -
2 a mechanical-electrical block diagram of the stroller of1 with an arithmetic unit for mass estimation, -
3 a schematic block diagram of the stroller of1 with a implemented by means of the arithmetic unit Goertzel filter, and -
4 a schematic block diagram of the stroller of1 with a correlator implemented by means of the arithmetic unit.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Es wird darauf hingewiesen, dass die Ausgestaltung der Transportvorrichtung
An dem Fahrgestell
Der Kinderwagen
Die beiden hinteren Räder
Die beiden elektrischen Antriebseinheiten
Zusätzlich können die beiden elektrischen Antriebseinheiten
Jeder elektrischen Antriebseinheit
Weiterhin verfügt der Kinderwagen
Erfindungsgemäß werden die beiden Drehmomentregelvorrichtungen
An einem ersten und einem zweiten Verknüpfungspunkt
Ein erstes und ein zweites Ausgangssignal
Der Kinderwagen
Die von den beiden Beschleunigungssensoren
Mit Hilfe der Recheneinheit
Aus dem maximalen Beschleunigungswert
Der Goertzel-Algorithmus bzw. der durch diesen technisch umgesetzte Goertzel-Filter
Zur Ermittlung der (Gesamt-)Masse
Die ersten Drehmomentsignale
Ausgehend von dem korrelierten Ausgangssignal Øuy des ersten Mittelwertbildners
Mithilfe des durch die digitale Recheneinheit
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Abschätzung der Masse
Alternativ kann an dem Kinderwagen
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Legal Events
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