DE19527680A1 - Muscle-powered wheeled vehicle with an electric auxiliary drive - Google Patents

Muscle-powered wheeled vehicle with an electric auxiliary drive

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DE19527680A1
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Johannes Doerndorfer
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Abstract

The invention concerns a muscle-powered wheeled vehicle with an electric auxiliary drive (5) and a control unit (10) which controls the auxiliary drive to deliver an additional torque depending on the muscle force acting on the wheel (2) concerned, the muscle force being determined by a sensor (4). The drive can be integrated into the vehicle design in optimum fashion and the drive characteristics of the auxiliary drive are very easy to regulate owing to the fact that the auxiliary drive (5) is coupled in, without gears, between the wheel concerned (2) and the wheel mounting (8).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein muskelkraftbetriebenes Radfahrzeug mit einem elektrischen Hilfsantrieb und einer Steuerungseinrichtung, mit der in Abhängigkeit von der auf das jeweilige Rad wirkenden, mit einer Sensoreinrichtung erfaßten Muskelkraft der Hilfsantrieb zum Abgeben eines zusätzlichen Drehmoments an­ steuerbar ist.The invention relates to a muscle-powered wheeled vehicle with a electric auxiliary drive and a control device with which depending of those acting on the respective wheel, detected with a sensor device Muscle power the auxiliary drive to deliver an additional torque is controllable.

Ein Radfahrzeug dieser Art ist in dem Artikel von G.B. Croniers in Journal of Medical Engineering and Technology, Volume 13, 1989, Seiten 142 bis 148 beschrieben. Bei diesem Radfahrzeug handelt es sich um einen Rollstuhl. Zum Erzeugen des von dem Hilfsantrieb beizusteuernden Drehmoments wird vorge­ schlagen, ein Steuersignal aus zwei Komponenten zu bilden, nämlich der Zeitdauer der auf die Antriebsräder aufgebrachten Hand kraft und dem Trägheitsmoment des Antriebssystems. Aufgrund mehrerer Nachteile wird ein der Handkraft propor­ tionales Steuersignal abgelehnt. Die Regelung des Hilfsantriebs auf der Grundlage des Zweikomponenten-Steuersignals wird anhand eines Simulationsmodells unter­ sucht, wobei zwischen einem Gleichstrommotor und einem Handrad eine Getriebe­ box vorgesehen ist.A wheeled vehicle of this type is described in the article by G.B. Croniers in Journal of Medical Engineering and Technology, Volume 13, 1989, pages 142-148 described. This wheeled vehicle is a wheelchair. To the Generating the torque to be contributed by the auxiliary drive is pre-selected propose to form a control signal from two components, namely the duration the hand force applied to the drive wheels and the moment of inertia of the  Drive system. Due to several disadvantages, the hand force is proportional tional control signal rejected. The regulation of the auxiliary drive on the basis of the two-component control signal is based on a simulation model is looking for a transmission between a DC motor and a handwheel box is provided.

Andere bisher bekannte Rollstühle werden über ein Steuerungspult mit Steuerhebel oder dergleichen bedient, wobei ein kombinierter Antrieb mit Unterstützung durch den Bediener nicht möglich ist. Ein wesentlicher Nachteil hierbei ist, daß die körperliche Betätigung des Benutzers und damit eine wichtige Therapiewirkung entfällt.Other previously known wheelchairs are operated via a control panel with a control lever or the like operated, with a combined drive with support is not possible by the operator. A major disadvantage here is that the physical activity of the user and thus an important therapeutic effect not applicable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein muskelkraftbetriebenes Radfahrzeug der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, bei dem der Aufbau gegenüber einem reinen muskelkraftbetriebenen Radfahrzeug optisch vom äußeren Aufbau her möglichst wenig abweicht und die Bedienungsabläufe beim Gebrauch weitgehend erhalten bleiben, übertriebener Kraftaufwand des Benutzers jedoch vermieden wird.The invention is based, a muscle-powered wheel vehicle the task to provide the type described above, in which the structure opposite a pure muscle-powered wheeled vehicle optically from the outer structure deviates as little as possible and the operating procedures largely during use are retained, but excessive user effort is avoided becomes.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the features of patent claim 1.

Hiernach ist also vorgesehen, daß der Hilfsantrieb getriebelos zwischen einer Radaufnahmeeinrichtung und dem jeweiligen Rad gekoppelt ist. Hierdurch ist das Radfahrzeug bereits ohne zugeschalteten Hilfsantrieb gegenüber einem entspre­ chenden reinen muskelkraftbetriebenen Radfahrzeug in der Bewegbarkeit kaum beeinträchtigt, und der Hilfsantrieb kann auch sehr gut proportional der aufge­ brachten Muskelkraft und in direkter Reaktion auf diese gesteuert werden. Dabei sind durch einfache Maßnahmen je nach körperlicher Konstitution des Benutzers einfache Regulierungsmöglichkeiten für das durch den Hilfsantrieb beizusteuernde Drehmoment möglich. Außerdem verändert der Hilfsantrieb den äußeren Aufbau optisch kaum, und die Handhabbarkeit des Fahrzeugs, beispielsweise beim Zu­ sammenlegen und Abnehmen der Räder, ist leicht möglich, ähnlich wie bei einem rein mit Muskelkraft betriebenen entsprechenden Radfahrzeug.According to this, it is provided that the auxiliary drive is gearless between one Wheel receiving device and the respective wheel is coupled. This is it Wheel vehicle already without an auxiliary drive activated compared to one mobility of a pure muscle-powered wheeled vehicle impaired, and the auxiliary drive can also very well proportional to the given brought muscle strength and are controlled in direct response to this. Here are through simple measures depending on the physical constitution of the user simple regulation options for what is to be contributed by the auxiliary drive Torque possible. The auxiliary drive also changes the external structure  visually hardly, and the manageability of the vehicle, for example when closing collapsing and removing the wheels is easily possible, similar to one Corresponding wheel vehicle operated purely with muscle power.

Hinsichtlich einer kompakten Ausbildung und einfachen Unterbringung sowie eines einfachen Aufbaus ist es vorteilhaft, daß der Hilfsantrieb als getriebeloser Außen­ läufer-Synchronmotor ausgebildet ist. Mit einem solchen Hilfsantrieb sind sehr gute Freilaufeigenschaften und Reaktionsgeschwindigkeiten sowie ein Vier-Quadranten­ betrieb bei hohen Momenten möglich, insbesondere wenn eine hohe Polzahl vorgesehen ist.With regard to a compact design and simple accommodation as well as one simple construction, it is advantageous that the auxiliary drive as a gearless outside rotor synchronous motor is formed. With such an auxiliary drive are very good Freewheel properties and reaction speeds as well as a four-quadrant Operation possible at high torques, especially if the number of poles is high is provided.

Denkbar sind dagegen auch mechanisch kommutierte Gleichstrommotoren oder Asynchronmotoren, bei denen aber der Steuerungsaufwand bzw. die Kompaktheit zumindest derzeit noch nachteilig gegenüber dem Außenläufer-Synchronmotor sind.Mechanically commutated DC motors or are also conceivable Asynchronous motors, but with the control effort or compactness at least currently disadvantageous compared to the external rotor synchronous motor are.

Der Aufbau des Antriebs ist günstig z. B. derart realisiert, daß die Radaufnahme­ einrichtung ein mittelbar oder unmittelbar an einem Rahmen des Radfahrzeugs festgelegter Stator ist, und daß das Rad einen als Rotor ausgebildeten Abschnitt aufweist. Dabei ist eine vorteilhafte Bauform so ausgebildet, daß der Stator einen bezüglich des Rahmens nach außen offenen napfförmigen Stator-Gehäuseabschnitt runden Querschnitts aufweist, der auf seiner Umfangsseite Ständerwicklungen trägt, daß der Rotor als napfförmiger Rotor-Gehäuseabschnitt ausgebildet ist, der auf der Innenseite seines umlaufenden Randes, den Ständerwicklungen unter Bildung eines schmalen Luftspaltes gegenüberliegend, Außenläufermagnete auf­ weist, und daß die radiale Ausdehnung eines mit dem Stator-Gehäuseabschnitt und dem Rotor-Gehäuseabschnitt gebildeten, weitgehend geschlossenen Gehäuses um ein Vielfaches größer ist als seine axiale Ausdehnung. Mit diesen Maßnahmen läßt sich ein flacher Aufbau bei großer Polzahl von z. B. 72 Polen auf kompakte Weise erzielen, wodurch die guten Eigenschaften hinsichtlich Freilauf und Re­ aktionsgeschwindigkeit begünstigt werden.The structure of the drive is cheap z. B. realized such that the wheel holder set up a directly or indirectly on a frame of the wheeled vehicle is fixed stator, and that the wheel has a section formed as a rotor having. An advantageous design is designed so that the stator with respect to the frame open cup-shaped stator housing section has round cross section, the stator windings on its circumferential side carries that the rotor is designed as a cup-shaped rotor housing section, the on the inside of its peripheral edge, the stator windings underneath Formation of a narrow air gap opposite, external rotor magnets points, and that the radial extension of one with the stator housing portion and the largely enclosed housing formed in the rotor housing section is many times larger than its axial extent. With these measures can a flat structure with a large number of poles of z. B. 72 poles on compact  Achieve wise, which the good properties in terms of freewheel and Re action speed are favored.

Eine einfache Lagerung des Rades ist derart, daß das Rad an einem zentralen Aufnahmezapfen des Stators und/oder in einer Hülse gelagert ist.A simple storage of the wheel is such that the wheel at a central Receiving pin of the stator and / or is mounted in a sleeve.

Infolge des Aufbaus ergibt sich auch der Vorteil, daß in dem Gehäuse die Steue­ rungseinrichtung geschützt und optisch unauffällig unterbringbar ist.As a result of the construction, there is also the advantage that the control is in the housing is protected and optically unobtrusive can be accommodated.

Ein geeignetes Sensorsignal für die Steuerungseinrichtung des Hilfsantriebs wird durch die Maßnahmen erhalten, daß mittels der Sensoreinrichtung die mittels Muskelkraft bewirkte Beschleunigungskraft allein oder zusätzlich die Bremskraft erfaßbar ist, die entweder direkt auf das Rad oder das Fahrgestell ausgeübt wird (werden), und daß die Sensoreinrichtung an einem Koppelglied, mit dem die Kraft auf das Fahrgestell oder das Rad übertragen wird, angeordnet ist.A suitable sensor signal for the control device of the auxiliary drive is obtained by the measures that by means of the sensor device Muscle power alone or additionally braking force is detectable, which is either exerted directly on the wheel or the chassis (will), and that the sensor device on a coupling element with which the force is transferred to the chassis or the wheel is arranged.

Das mittels Muskelkraft aufgebrachte Drehmoment kann vorteilhaft dadurch erfaßt werden, daß die Sensoreinrichtung ein Wegmeßglied zum Messen der Auslenkung des Koppelgliedes aufweist, und daß zum Rückstellen des Koppelgliedes in die Ausgangslage ein Federmechanismus vorgesehen ist. Hierdurch kommen eine Vielzahl von Sensorelementen für den Einsatz in Betracht, die beispielsweise optisch, induktiv, kapazitiv, mechanisch, magnetisch, über dem Piezo-Effekt oder über Ultraschall wirkende Sensorelemente aufweisen. Als geeignete Sensorelemen­ te haben sich beispielsweise ein Hallelement oder ein Dehnmeßstreifen erwiesen.The torque applied by means of muscle power can advantageously be detected in this way be that the sensor device is a displacement measuring element for measuring the deflection of the coupling element, and that for resetting the coupling element in the Starting position, a spring mechanism is provided. Hereby come one Variety of sensor elements into consideration for use, for example optical, inductive, capacitive, mechanical, magnetic, over the piezo effect or have sensor elements acting via ultrasound. As suitable sensor elements For example, a Hall element or a strain gauge has proven to be suitable.

Das Signal der Sensoreinrichtung wird störungsfrei an die Steuerungseinrichtung abgegeben, wenn vorgesehen ist, daß das von dem Sensorelement der Sensorein­ richtung erzeugte Signal moduliert und optisch, magnetisch oder elektrostatisch oder mittels Ultraschall oder über Schleifringe an einen Signalempfänger der Steuerungseinrichtung übertragen wird. The signal from the sensor device is sent to the control device without interference issued if it is provided that this is from the sensor element of the sensor direction generated signal modulated and optical, magnetic or electrostatic or by means of ultrasound or via slip rings to a signal receiver Control device is transmitted.  

Eine für den Benutzer angenehme und ihn gut unterstützende Steuerung des Hilfsantriebs ist derart ausgebildet, daß die Steuereinrichtung einen Regler aufweist und daß das von dem Hilfsantrieb aufgebrachte Drehmoment in einem festen, vorgebbaren Verhältnis zu dem mittels der Muskelkraft aufgebrachten Drehmoment steht oder daß das von dem Hilfsantrieb aufgebrachte Drehmoment derart geregelt ist, daß das mittels Muskelkraft vorgegebene Drehmoment einen fest vorgebbaren Wert nicht überschreitet oder daß eine Kombination beider Regelarten vorgesehen ist.A control of the. Which is pleasant for the user and supports him well Auxiliary drive is designed such that the control device has a controller and that the torque applied by the auxiliary drive in a fixed, Predeterminable ratio to the torque applied by means of muscle strength stands or that the torque applied by the auxiliary drive is regulated in this way is that the torque specified by means of muscle power has a predefinable value Value does not exceed or that a combination of both control types is provided is.

Die Maßnahme, daß mehrere Räder des Radfahrzeuges individuell steuerbar sind, wobei von parallel zueinander angeordneten Rädern beide vorwärts oder beide rückwärts antreibbar sind oder eines vorwärts antreibbar ist, während das andere rückwärts angetrieben ist, entsprechend dem Betrag und der Richtung der aufge­ brachten Muskelkraft, ermöglicht eine uneingeschränkte, von dem Hilfsantrieb unterstützte Manövrierfähigkeit des Radfahrzeugs, wie z. B. eines Rollstuhls.The measure that several wheels of the wheeled vehicle can be controlled individually, of wheels arranged parallel to each other both forward or both can be driven backwards or one can be driven forward while the other is driven backwards, according to the amount and direction of the up brought muscle strength, allows unrestricted, from the auxiliary drive assisted maneuverability of the wheeled vehicle, such as B. a wheelchair.

Zur Leistungsversorgung ist vorteilhaft vorgesehen, daß ein Transformator vor­ gesehen ist, über den die auf dem Rad angebrachte Sensoreinrichtung von einer Batterie her mit elektrischer Leistung versorgbar ist.For power supply it is advantageously provided that a transformer in front is seen, over which the sensor device mounted on the wheel by a Battery forth can be supplied with electrical power.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Be­ zugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below using an exemplary embodiment under Be access to the drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 Ein Radfahrzeug in Form eines Rollstuhls mit Hilfsantrieb in Seitenansicht, Fig. 1 A wheeled vehicle in the form of a wheelchair with an auxiliary drive, in side view,

Fig. 2 das in Fig. 1 dargestellte Radfahrzeug in Rückansicht, wobei das linke Rad teilweise geschnitten dargestellt ist, The wheeled vehicle Fig. 2 shown in Fig. 1 in rear view, wherein the left wheel is shown partly in section,

Fig. 3 das in Fig. 2 teilweise geschnittene Rad in vergrößerter Dar­ stellung, wobei die Komponenten des Hilfsantriebs ersichtlich sind und Fig. 3 in Fig. 2 partially cut wheel in an enlarged Dar position, the components of the auxiliary drive can be seen and

Fig. 4 eine Blockdarstellung der wesentlichen Elemente einer Steuerungseinrichtung des Hilfsantriebs. Fig. 4 is a block diagram of the essential elements of a control device of the auxiliary drive.

Die Fig. 1 zeigt ein Radfahrzeug 20 in Form eines Rollstuhls mit einem Handgriff 1, einem Antriebs-Rad 2, einem an diesem mittels Verbindungsstangen 3. 1 zur Kraftübertragung angebrachten Handlauf 3 sowie einem Hilfsantrieb 5, der im Zentrum des Rads 2 angeordnet ist. Fig. 1 shows a wheeled vehicle 20 in the form of a wheelchair with a handle 1, a driving gear 2, a thereto by means of connecting rods 3. 1 attached for power transmission handrail 3 and an auxiliary drive 5 , which is arranged in the center of the wheel 2 .

In Fig. 2 ist der in Fig. 1 dargestellte Rollstuhl von hinten gezeigt, wobei das linke Rad 2 teilweise im Schnitt gezeigt ist. Die Räder 2 sind mittels einer Achse 6 an einem Rahmen 7 angebracht. Wie aus Figur. 3 ersichtlich, ist dabei das Rad 2 mittels der Achse 6 in einer an dem Rahmen 7 angebrachten Hülse 7.1 mit einem Stator- Gehäuseabschnitt 8 unverdrehbar festgelegt, und mit einer Verdrehsiche­ rung 7.2, die beispielsweise auch als elektrischer Steckkontakt ausgelegt sein kann, unverdrehbar festgelegt. Auf einem mittleren zentralen Zapfen des Stators ist der drehbare Teil des Rads 2 in Form eines Rotor-Gehäuseabschnitts 9 mittels einer Lagerung 2.1 drehbar gelagert.In Fig. 2, the wheelchair shown in Fig. 1 is shown from behind, the left wheel 2 being shown partially in section. The wheels 2 are attached to a frame 7 by means of an axle 6 . As from a figure. 3 can be seen, the wheel 2 is non-rotatably fixed by means of the axis 6 in a sleeve 7.1 attached to the frame 7 with a stator housing section 8 , and non-rotatably fixed with an anti-rotation device 7.2 , which can also be designed, for example, as an electrical plug contact. The rotatable part of the wheel 2 in the form of a rotor housing section 9 is rotatably mounted on a central central pin of the stator by means of a bearing 2.1 .

Der Stator-Gehäuseabschnitt 8 ist im wesentlichen napfartig ausgebildet und mit seiner offenen Seite vom Fahrgestell weg gerichtet und trägt auf der Außenseite seines umlaufenden Randes Ständerwicklungen 5.3. Der Rotor-Gehäuseabschnitt 9 ist im wesentlichen ebenfalls napfartig ausgebildet und trägt auf der Innenseite seines äußeren umlaufenden Randes Außenläufermagnete 5.2, die unter Freilassen eines schmalen Luftspalts den Ständerwicklungen 5.3 gegenüberliegen. Die offene Seite des Rotor-Gehäuseabschnitts 9 ist dem Stator-Gehäuseabschnitt 8 zuge­ kehrt, so daß ein im wesentlichen geschlossenes Gehäuse 8.1 gebildet wird. In dem Gehäuse 8.1 kann eine Steuerungseinrichtung 10 und, wenn gewünscht, auch eine Batterie zur Spannungsversorgung geschützt untergebracht werden.The stator housing section 8 is essentially cup-shaped and has its open side directed away from the chassis and carries stator windings 5.3 on the outside of its peripheral edge. The rotor housing section 9 is also essentially cup-shaped and carries on the inside of its outer circumferential edge outer rotor magnets 5.2 , which are opposite the stator windings 5.3 while leaving a narrow air gap. The open side of the rotor housing section 9 is turned to the stator housing section 8 , so that a substantially closed housing 8.1 is formed. A control device 10 and, if desired, a battery for the power supply can be accommodated in the housing 8.1 .

An der Verbindungsstange 3.1 zwischen dem Handlauf 3 und dem Rotor-Gehäuse­ abschnitt 9 ist eine Sensoreinrichtung 4, wie z. B. ein Dehnmeßstreifen oder ein Wegmeßelement in Form eines Hallelements angebracht, um die über den Hand lauf 3 in den Rotor eingeleitete Kraft zu messen und ein entsprechendes Sensorsignal zu bilden. Bei einem Wegmeßelement wirkt der relativ geringen Auslenkung der Verbindungsstange 3.1 durch die aufgebrachte Muskelkraft ein Federmechanismus aus Metall, einem Gummiteil und/oder einem Kunststoff entgegen, die die Verbin­ dungsstange 3.1 in die Ausgangslage zurückführt, wenn die aufgebrachte Muskel­ kraft nach läßt. Als weitere Sensorelemente kommen auch optische, induktive oder kapazitive Elemente und dgl. in Frage.On the connecting rod 3.1 between the handrail 3 and the rotor housing section 9 is a sensor device 4 , such as. B. a strain gauge or a displacement measuring element in the form of a Hall element in order to measure the force introduced via the handrail 3 into the rotor and to form a corresponding sensor signal. In a displacement measuring element, the relatively small deflection of the connecting rod 3.1 by the applied muscle force counteracts a spring mechanism made of metal, a rubber part and / or a plastic, which leads the connecting rod 3.1 back into the starting position when the applied muscle weakens. Optical, inductive or capacitive elements and the like can also be used as further sensor elements.

In Fig. 4 ist in Blockdarstellung die Steuerungseinrichtung 10 für den Hilfsantrieb näher dargestellt. Die schon genannte Sensoreinrichtung 4 kann in dem beschrie­ benen Handlauf-Sensor 10.1 oder in einem Handgriff-Sensor 10.4 bestehen, der beispielsweise zwischen dem Handgriff 1 und dem Rahmen 7 angeordnet sein kann. Das von der Sensoreinrichtung 4 gelieferte Signal wird einem Regler 10.6 zugeführt, der ein Regelsignal an eine Motorsteuerung 10.7 abgibt, die ihrerseits beispielsweise unter Frequenzumrichtung einen Synchronmotor 5 steuert, der gemäß Fig. 3 als getriebeloser Außenläufer-Synchronmotor ausgestaltet sein kann.In Fig. 4, the control device 10 for the auxiliary drive is shown in block diagram. The sensor device 4 already mentioned can consist in the described handrail sensor 10.1 or in a handle sensor 10.4 , which can be arranged, for example, between the handle 1 and the frame 7 . The signal supplied by the sensor device 4 is fed to a controller 10.6 , which emits a control signal to a motor controller 10.7 , which in turn controls a synchronous motor 5 , for example by frequency conversion, which can be designed as a gearless external rotor synchronous motor according to FIG. 3.

Das Signal des Handgriff-Sensors 10.4 ist dabei unmittelbar dem Regler 10.6 zugeführt, während das Signal des Handlauf-Sensors 10.1 über einen Signalüber­ trager vorzugsweise moduliert einem Signalempfänger 10.5 gesendet wird und von dort aus dem Regler 10.6 zugeführt wird. Die Signalübertragung von dem Signal­ übertrager 10.2 zu dem Signalempfänger 10.5 geschieht zwischen dem Rotor und dem Stator berührungslos, beispielsweise optisch, induktiv oder kapazitiv. The signal from the handle sensor 10.4 is fed directly to the controller 10.6 , while the signal from the handrail sensor 10.1 is preferably transmitted in a modulated manner to a signal receiver 10.5 and is fed from there to the controller 10.6 . The signal transmission from the signal transmitter 10.2 to the signal receiver 10.5 takes place between the rotor and the stator without contact, for example optically, inductively or capacitively.

Die Versorgung sowohl des bezüglich des Fahrgestells bzw. des Stators fest angeordneten Abschnitts der Steuerungseinrichtung 10 als auch der an dem Rotor angeordneten Sensoreinrichtung 4 erfolgt mittels einer wiederaufladbaren Batterie 10.9. Dabei wird die erforderliche Versorgungsspannung für die an dem Rotor- Gehäuseabschnitt 9 angeordnete Sensoreinrichtung 4 über eine Spannungsüber­ tragungsstufe 10.8 und einen Transformator 10.3 vorgenommen.Both the section of the control device 10 which is fixedly arranged with respect to the chassis or the stator and the sensor device 4 which is arranged on the rotor are supplied by means of a rechargeable battery 10.9 . The required supply voltage for the sensor device 4 arranged on the rotor housing section 9 is carried out via a voltage transmission stage 10.8 and a transformer 10.3 .

Für die Regelung haben sich drei verschiedene Vorgehensweisen als geeignet erwiesen. Bei der ersten Regelmöglichkeit wird die Steuerung des Hilfsantriebs 5 derart vorgenommen, daß das von dem Benutzer mittels Muskelkraft abgegebene Drehmoment und das von dem Hilfsantrieb 5 aufgebrachte Drehmoment in einem festen Verhältnis zueinander stehen, wobei dieses Verhältnis vorgebbar ist. Da­ durch wird das Radfahrzeug durch den Benutzer entsprechend leichter fortbeweg­ bar. Wird kein Drehmoment von dem Benutzer aufgebracht, erzeugt auch der Motor kein Drehmoment. Das Radfahrzeug steht oder rollt, d. h. es beschleunigt bergab und verlangsamt seine Geschwindigkeit bergauf, wie ohne Antrieb. Lenkbe­ wegungen werden durch unterschiedliche Kraftaufwendung des Benutzers bei­ spielsweise am Handlauf eines Rollstuhls ermöglicht. Geschwindigkeitsbegrenzun­ gen nach geltenden gesetzlichen Regelungen begrenzen die Endgeschwindigkeit.Three different approaches have proven to be suitable for the regulation. In the first control option, the control of the auxiliary drive 5 is carried out in such a way that the torque delivered by the user by means of muscle power and the torque applied by the auxiliary drive 5 are in a fixed relationship to one another, this ratio being predeterminable. Since the wheeled vehicle is correspondingly easier to move around by the user. If no torque is applied by the user, the motor does not generate any torque either. The wheeled vehicle stands or rolls, ie it accelerates downhill and decelerates its speed uphill, as if without a drive. Steering movements are made possible by different levels of force exerted by the user, for example on the handrail of a wheelchair. Speed limits in accordance with applicable legal regulations limit the top speed.

Eine weitere Regelmöglichkeit besteht darin, daß das von dem Benutzer aufzubrin­ gende Drehmoment ab einer bestimmten Schwelle konstant gehalten wird, wobei diese Schwelle vorgebbar ist. Bei Überschreiten der Schwelle beschleunigt der Hilfsantrieb das Radfahrzeug im entsprechenden Maß, wirkt ein negatives Drehmo­ ment durch den Benutzer, so wird die Geschwindigkeit reduziert. Wirkt kein Drehmoment, wird die Geschwindigkeit konstant gehalten bzw. ständig leicht reduziert, um ein Ausrollverhalten zu simulieren. Mit dieser Regelung reagiert der Rollstuhl auf der Ebene ähnlich wie gemäß der ersten Regelung; der Unterschied zeigt sich am Berg. Das Radfahrzeug verhält sich bei dieser Regelung an Steigun­ gen und Gefällen genauso wie in der Ebene, d. h. an Gefällen muß das Radfahrzeug vom Benutzer nicht gebremst, sondern "abwärts geschoben" werden. Die immer vorhandene mechanische Bremse muß bei dieser Regelung zusätzlich kontrolliert werden. Wird die Bremse betätigt, kann der Antrieb drehmomentlos werden oder er leitet eine elektrische Bremsung ein, unterstützt durch die mechanische Brem­ sung, um die Geschwindigkeit Null zu erreichen.Another possibility for regulation is that the user brings this up torque is kept constant from a certain threshold, whereby this threshold can be predetermined. If the threshold is exceeded, the accelerates Auxiliary drive the wheel vehicle to the appropriate extent, a negative torque acts ment by the user, the speed is reduced. Doesn't work Torque, the speed is kept constant or constantly light reduced to simulate coasting behavior. With this regulation the reacts Wheelchair on the level similar to the first one; the difference shows up on the mountain. With this regulation, the wheeled vehicle behaves on a slope slopes and slopes as well as in the plain, d. H. the wheeled vehicle must be on slopes  not braked by the user, but "pushed down". The always Existing mechanical brakes must also be checked with this control will. If the brake is actuated, the drive can become torque-free or it initiates electrical braking, supported by the mechanical brake solution to achieve zero speed.

Eine dritte Regelmöglichkeit besteht in der Kombination der ersten und der zweiten Regelung, wobei das Verhältnis der Einwirkung der beiden Regelungen experimen­ tell optimiert werden kann.A third control option is to combine the first and the second Regulation, whereby the ratio of the action of the two regulations experimen tell can be optimized.

Für die Regelungen ist es gleich, ob die Kraft durch den Benutzer an den Handläu­ fen 3 oder durch einen Helfer an den Handgriffen 1 aufgebracht wird.For the regulations, it is the same whether the force is applied by the user to the handrails 3 or by a helper to the handles 1 .

Als aufladbare Batterien eignen sich vor allem Nickel-Cadmium-Batterien, die nicht nur hinsichtlich der vorliegend benötigten kurzen, hohen Stromentnahme geeignet sind (wegen des geringen Innenwiderstandes), sondern auch ein gutes Gewicht- /Leistungsverhältnis aufweisen. Ein entsprechendes Ladegerät kann am Rollstuhl angebracht bzw. stationär betrieben werden und ist vom restlichen System un­ abhängig.Nickel-cadmium batteries are particularly suitable as rechargeable batteries, but not only suitable with regard to the short, high current draw required here are (because of the low internal resistance), but also a good weight / Performance ratio. A suitable charger can be on the wheelchair attached or operated stationary and is un of the rest of the system dependent.

Die mit dem Hilfsantrieb ausgestatteten Räder 2 können bei einem herkömmlichen Rollstuhl leicht anstelle der antriebslosen Räder eingesetzt werden.The wheels 2 equipped with the auxiliary drive can easily be used in place of the non-driven wheels in a conventional wheelchair.

Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen kann die Kraft des Benutzers definiert justierbar kombiniert werden mit der Unterstützung durch den Hilfsantrieb. Geeignet ist der Hilfsantrieb insbesondere für einen Rollstuhl, wobei es das Ziel ist, den Behinderten, der zu schwach ist, um zum Beispiel Steigungen oder längere Strecken zu bewältigen, eine Unterstützung zu bieten, wobei ihm aber die Möglichkeit der körperlichen Bewegung nicht genommen wird. Da der komplette Hilfsantrieb in den Rädern 2 integriert ist, können auch mit dem Hilfsantrieb versehene Klapprollstühle verwirklicht werden, die häufig in einem Pkw transportiert werden, ohne zusätzli­ chen Verkabelungs- und Raumbedarf zu erfordern. Auch ist dem Rollstuhl optisch nicht sofort anzusehen, daß er elektrisch angetrieben wird. Im Vergleich zu einer Bedienung über Steuerhebel ist eine genauere Positionierung und Lenkung durch den Benutzer in allen Geschwindigkeitsbereichen möglich.With the measures according to the invention, the force of the user can be combined and adjusted in a defined manner with the support of the auxiliary drive. The auxiliary drive is particularly suitable for a wheelchair, whereby the aim is to offer support to the disabled who is too weak to cope with, for example, gradients or longer distances, but without taking away the possibility of physical movement. Since the complete auxiliary drive is integrated in the wheels 2 , folding wheelchairs provided with the auxiliary drive can also be realized, which are often transported in a car without requiring additional wiring and space. Visually, the wheelchair is not immediately apparent that it is electrically powered. Compared to operation via control levers, more precise positioning and steering by the user is possible in all speed ranges.

Claims (14)

1. Muskelkraftbetriebenes Radfahrzeug mit einem elektrischen Hilfsantrieb und einer Steuerungseinrichtung, mit der in Abhängigkeit von der auf das jeweili­ ge Rad wirkenden, mit einer Sensoreinrichtung erfaßten Muskelkraft der Hilfsantrieb zum Abgeben eines zusätzlichen Drehmoments ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsantrieb (5) getriebelos zwischen einer Radaufnahmeeinrichtung (8) und dem jeweiligen Rad (2) gekoppelt ist.1. Muscle-powered wheeled vehicle with an electric auxiliary drive and a control device with which, depending on the acting on the respective wheel, with a sensor device detected muscle power, the auxiliary drive can be controlled to deliver an additional torque, characterized in that the auxiliary drive ( 5 ) is gearless is coupled between a wheel receiving device ( 8 ) and the respective wheel ( 2 ). 2. Radfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsantrieb (5) als getriebeloser Außenläufer-Synchronmotor ausge­ bildet ist.2. Wheel vehicle according to claim 1, characterized in that the auxiliary drive ( 5 ) is formed as a gearless external rotor synchronous motor. 3. Radfahrzeug nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Radaufnahmeeinrichtung (8) ein mittelbar oder unmittelbar an einem Rahmen (7) des Radfahrzeugs (20) festgelegter Stator (8, 5.3) ist, und daß das Rad (2) einen als Rotor (9, 5.2) ausgebildeten Abschnitt aufweist. 3. Wheel vehicle according to claim 1 or claim 2, characterized in that the wheel receiving device ( 8 ) is a directly or indirectly on a frame ( 7 ) of the wheel vehicle ( 20 ) fixed stator ( 8 , 5.3 ), and that the wheel ( 2 ) has a section designed as a rotor ( 9 , 5.2 ). 4. Radfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stator (8, 5.3) einen bezüglich des Rahmens (7) nach außen offe­ nen napfförmigen Stator-Gehäuseabschnitt (8) runden Querschnitts auf­ weist, der auf seiner Umfangsseite Ständerwicklungen (5.3) trägt,
daß der Rotor (9, 5.2) als napfförmiger Rotor-Gehäuseabschnitt (9) ausge­ bildet ist, der auf der Innenseite seines umlaufenden Randes, den Ständer­ wicklungen (5.3) unter Bildung eines schmalen Luftspaltes gegenüberlie­ gend, Außenläufermagnete (5.2) aufweist, und
daß die radiale Ausdehnung eines mit dem Stator-Gehäuseabschnitt (8) und dem Rotor-Gehäuseabschnitt (9) gebildeten, weitgehend geschlossenen Gehäuses (8.1) um ein Vielfaches größer ist als seine axiale Ausdehnung.4. Wheel vehicle according to claim 3, characterized in
that the stator ( 8 , 5.3 ) with respect to the frame ( 7 ) to the outside NEN cup-shaped stator housing section ( 8 ) has a round cross section, which carries stator windings ( 5.3 ) on its circumferential side,
that the rotor ( 9 , 5.2 ) as a cup-shaped rotor housing section ( 9 ) is formed, which on the inside of its circumferential edge, the stator windings ( 5.3 ) to form a narrow air gap opposite, has external rotor magnets ( 5.2 ), and
that the radial extent of a largely closed housing ( 8.1 ) formed with the stator housing section ( 8 ) and the rotor housing section ( 9 ) is many times greater than its axial extent. 5. Radfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Rad (2) an einem zentralen Aufnahmezapfen des Stators (8) und/oder in einer Hülse (7.1) gelagert ist.5. Wheel vehicle according to one of the preceding claims, characterized in
that the wheel ( 2 ) is mounted on a central receiving pin of the stator ( 8 ) and / or in a sleeve ( 7.1 ). 6. Radfahrzeug nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (8.1) die Steuerungseinrichtung (10) untergebracht ist.6. A wheeled vehicle according to claim 4 or claim 5, characterized in that the control device ( 10 ) is housed in the housing ( 8.1 ). 7. Radfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß mittels der Sensoreinrichtung (4; 10.1, 10.2, 10.4) die mittels Muskel­ kraft bewirkte Beschleunigungskraft allein oder zusätzlich die Bremskraft erfaßbar ist, die entweder direkt auf das Rad (2) oder das Fahrgestell ausgeübt wird, und
daß die Sensoreinrichtung (4; 10.1, 10.2, 10.4) an einem Koppelglied (1,3, 3.1), mit dem die Kraft auf das Fahrgestell oder das Rad (2) übertragen wird, angeordnet ist.7. Wheel vehicle according to one of the preceding claims, characterized in
that by means of the sensor device ( 4 ; 10.1 , 10.2 , 10.4 ) the acceleration force caused by muscle force alone or additionally the braking force can be detected, which is either exerted directly on the wheel ( 2 ) or the chassis, and
that the sensor device ( 4 ; 10.1 , 10.2 , 10.4 ) is arranged on a coupling member ( 1,3 , 3.1 ) with which the force is transmitted to the chassis or the wheel ( 2 ). 8. Radfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (4; 10.1, 10.2, 10.4) ein Wegmeßglied zum Messen der Auslenkung des Koppelgliedes (1, 3, 3.2) aufweist, und daß zum Rückstellen des Koppelgliedes (1, 3, 3.1) in die Ausgangslage ein Federmechanismus vorgesehen ist.8. A wheeled vehicle according to claim 7, characterized in that the sensor device ( 4 ; 10.1 , 10.2 , 10.4 ) has a displacement measuring element for measuring the deflection of the coupling element ( 1 , 3 , 3.2 ), and that for resetting the coupling element ( 1 , 3 , 3.1 ) a spring mechanism is provided in the starting position. 9. Radfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (4; 10.1, 10.2, 10.4) ein optisch, induktiv, kapazitiv oder über Ultraschall oder mechanisches Potentiometer wirkendes Sensorelement aufweist.9. Wheel vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor device ( 4 ; 10.1 , 10.2 , 10.4 ) has an optical, inductive, capacitive or ultrasonic or mechanical potentiometer sensor element. 10. Radfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement ein Hallelement, ein Piezoelement oder ein Dehnmeß­ streifen ist.10. Wheel vehicle according to claim 9, characterized, that the sensor element is a Hall element, a piezo element or a strain gauge is streaking. 11. Radfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Sensorelement der Sensoreinrichtung (4, 10.1, 10.2, 10.4) erzeugte Signal (us) moduliert und optisch, magnetisch, elektrosta­ tisch, oder über Schleifringe an einen Signalempfänger (10.5) der Steue­ rungseinrichtung (10) übertragen wird. 11. A wheeled vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the signal (u s ) generated by the sensor element of the sensor device ( 4 , 10.1 , 10.2 , 10.4 ) is modulated and optically, magnetically, electrostatically, or via slip rings to a signal receiver ( 10.5 ) the control device ( 10 ) is transmitted. 12. Radfahrzeug nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (10) einen Regler (10.6) aufweist und daß das von dem Hilfsantrieb (5) aufgebrachte Drehmoment in einem fe­ sten, vorgebbaren Verhältnis zu dem mittels der Muskelkraft aufgebrachten Drehmoment steht oder daß das von dem Hilfsantrieb (5) aufgebrachte Drehmoment derart geregelt ist, daß das mittels Muskelkraft vorgegebene Drehmoment einen fest vor­ gebbaren Wert nicht überschreitet oder daß eine Kombination beider Regelarten vorgesehen ist.12. Wheel vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the control device ( 10 ) has a controller ( 10.6 ) and that the torque applied by the auxiliary drive ( 5 ) is in a fe most predetermined relationship to the torque applied by means of muscle power or that the torque applied by the auxiliary drive ( 5 ) is controlled in such a way that the torque specified by means of muscle power does not exceed a predetermined value or that a combination of both control types is provided. 13. Radfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Räder (2) des Radfahrzeuges (20) individuell steuerbar sind, wobei von parallel zueinander angeordneten Rädern beide vorwärts oder beide rückwärts antreibbar sind oder eines vorwärts antreibbar ist, während das andere rückwärts angetrieben ist, entsprechend dem Betrag und der Richtung der aufgebrachten Muskelkraft.13. A wheeled vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of wheels ( 2 ) of the wheeled vehicle ( 20 ) are individually controllable, both of the wheels arranged parallel to one another being drivable forwards or both backwards or one being drivable forwards while the other is reversing is driven according to the amount and direction of muscle power applied. 14. Radfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energie von einer aufladbaren Batterie (10.9) geliefert wird und daß ein Transformator oder ein Schleifring vorgesehen ist, über den die auf dem Rad (2) angebrachte Sensoreinrichtung (4; 10. 1, 10.2) mit elektrischer Leistung versorgbar ist.14. A wheeled vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical energy is supplied by a rechargeable battery ( 10.9 ) and that a transformer or a slip ring is provided via which the sensor device ( 4 ; 10. ) Attached to the wheel ( 2 ) . 1 , 10.2 ) can be supplied with electrical power.
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