DE69529701T2

DE69529701T2 - Hilfskraftfahrzeug und Verfahren zum Antrieb desselben

Info

Publication number: DE69529701T2
Application number: DE69529701T
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Kanno; Atsushi Uchiyama
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1995-06-16
Publication date: 2003-07-31
Anticipated expiration: 2015-06-17
Also published as: JPH08168506A; JP3661882B2; DE69529701D1; EP0687454A1; US6302226B1; EP0687454B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein energieunterstütztes Fahrzeug nach dem Oberbegriff vom unabhängigen Anspruch 1 und ein Verfahren zum Antreiben eines energieunterstützten Fahrzeuges nach dem Oberbegriff vom unabhängigen Anspruch 13.
Aus dem US- Patent 5,234,066 sind ein energieunterstütztes Fahrzeug und ein Verfahren zum Antreiben solch eines energieunterstützten Fahrzeuges bekannt.
Bisher ist ein handbetätigter- elektrischer Rollstuhl als ein Daseinslügen- Mittelweg zwischen dem handbetätigten Rollstuhl und einem elektrischen Rollstuhl vorgeschlagen worden. Dieser handbetätigte- elektrische Rollstuhl erleichtert die physikalische Belastung auf den behinderten Fahrer durch Erfassen der Menschenkraft, die periodisch auf die Räder angewandt wird, und die eine Hilfskraft entsprechend der erfassten Menschenkraft anwendet. Mit solch einem Aufbau wird es für den Fahrer möglich, den handbetätigten- elektrischen Rollstuhl in einem handbetätigten- Rollstuhgefühl zu betreiben, und der mentale Schmerz des Fahrers wird ebenso gemildert.
In dem vorerwähnten, gewöhnlichen, handbetätigten- elektrischen Rollstuhl jedoch, da die Hilfskraft nur angewandt wird, während die Menschenkraft angewandt wird, und entfernt wird, sobald die Menschenkraft entfernt wird, unterscheidet sich die Leistung (die Anzahl der Umdrehungen), mit der der Fahrer das Rad dreht, nicht von jener des gewöhnlichen, handbetätigten Rollstuhls, und es gab Punkte, die aus dem Blickwinkel der Erleichterung der Belastung auf den Fahrer weiter verbessert werden sollten.
Demzufolge ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das energieunterstützte Fahrzeug und das Verfahren zum Antreiben desselben, wie oben angezeigt, zu verbessern, was die Fahrsicherheit des Fahrzeuges erhöht und gleichzeitig die Belastung auf den Fahrer erleichtert.
Nach der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein energieunterstütztes Fahrzeug nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch 1 gelöst und durch ein Verfahren zum Antreiben eines energieunterstützten Fahrzeuges nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch 13.
Überdies ist es wünschenswert, ein Trägheitsfahrgefühl, ähnlich zu jenem eines gewöhnlichen Fahrzeuges, das keine Hilfskraft verwendet, zu erzeugen. Zusätzlich sollte die Größe der Hilfskraft vorzugsweise nach dem Willen entsprechend der physischen Kraft des Fahrers, der Fahrzeugfahrrichtung, etc. einstellbar sein.
Da die Unterstützungs- oder Hilfskraft noch angewandt gelassen und fortsetzt wird, selbst nachdem die Menschenkraft entfernt ist, das Fahrzeug anzutreiben, wird die Fahrstrecke des Fahrzeuges für eine Anwendung der Menschenkraft länger, wobei die Dauer der Kraftanwendung durch den Fahrer länger werden kann und die Belastung auf den Fahrer wird außerdem erleichtert.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Steuereinrichtung eine Reduktionsseinrichtung zum Reduzieren der Unterstützungskraft nach dem Stoppen der Menschenkraftzuführung auf. Die Unterstützungskraft wird vorzugsweise auf ihrem ungefähren Maximalwert für eine feststehende Zeitdauer beibehalten, wenn die Unterstützungskraft ihren Maximalwert erreicht und nach der Zeitdauer, wenn die Unterstützungskraft von ihrem Maximalwert mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit vermindert wird.
Demzufolge kann das Fahren des Fahrzeuges ein gewöhnliches Trägheitsfahrgefühl vermitteln, so dass dem Fahrer kein Gefühl von physischer Störung gegeben wird.
Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht die Richtung der Unterstützungskraft, um das Fahrzeug jeweils zu beschleunigen oder zu verlangsamen, der Richtung der Menschenkraft.
Vorzugsweise enthält die Reduktionseinrichtung einen Zusatzabschnitt zum Aufsummieren des Stromwertes der Unterstützungskraft entsprechend eines Verminderungsverfahrens in Übereinstimmung mit der während eines ersten Intervalls angewandten Menschenkraft, um das Fahrzeug vorwärts zu bewegen, und dem Wert der Unterstützungskraft in Übereinstimmung mit der während eines zweiten Intervalls angewandten Menschenkraft, um das Fahrzeug rückwärts zu bewegen.
Demzufolge kann der Trägheitsfahrzustand der Fahrzeuges aufgehoben werden und das Fahrzeug kann durch Anwenden von Menschenkraft in der umgekehrten Richtung schnell zu einem Halt gebracht werden, während das Fahrzeug in einem Trägheitsfahrzustand ist.
Nach einem noch weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind der Absolutwert der Unterstützungskraft und/oder die Reduktionsgeschwindigkeit variabel. Dies gestattet die Größe der Unterstützungskraft entsprechend des Willens und der Notwendigkeiten des Fahrers, der damit flexibel zurechtkommen kann, zu verändern.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Unterstützungskraft in Übereinstimmung mit einer Zunahme in der Zuführung der Menschenkraft erhöht und wenn ein Maximalwert erreicht wird, wird die Unterstützungskraft allmählich in Übereinstimmung mit der vorbeschriebenen Reduktionsgeschwindigkeit vermindert.
Vorzugsweise wird, wenn das Fahrzeug wieder durch Menschenkraft angetrieben wird, die einen Wert übersteigt, der die momentane Unterstützungskraft in Übereinstimmung mit dem momentanen Reduktionsverfahren übersteigt, die Unterstützungskraft wieder, in Übereinstimmung mit der Menschenkraft, erhöht.
Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in weiteren abhängigen Ansprüchen niedergelegt.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung in größerer Ausführlichkeit mittels bevorzugter Ausführungsbeispiele derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht und erläutert, wobei:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines handbetätigten- elektrischen Rollstuhls, bezogen auf ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist,
Fig. 2 eine Vorderansicht eines handbetätigten- elektrischen Rollstuhls, bezogen auf ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist,
Fig. 3 eine Rückansicht ist, die den gefalteten Zustand eines handbetätigten- elektrischen Rollstuhls, bezogen auf ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt,
Fig. 4 eine teilweise weggebrochene Vorderansicht des Radabschnittes ist, das den Menschenkraft- Erfassungsabschnitt und den energieunterstützenden Abschnitt eines handbetätigten- elektrischen Rollstuhls, bezogen auf ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, zeigt,
Fig. 5 eine teilweise weggebrochene Vorderansicht des Radabschnittes in einem größeren Maßstab ist, die den Menschenkraft- Erfassungsabschnitt und den energieunterstützenden Abschnitt eines handbetätigten- elektrischen Rollstuhls, bezogen auf ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, zeigt,
Fig. 6 eine Außenansicht eines Rades eines handbetätigten- elektrischen Rollstuhls, bezogen auf ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist,
Fig. 7 eine Außenansicht eines Radlaufabschnittes eines handbetätigten- elektrischen Rollstuhls, bezogen auf ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist,
Fig. 8 eine Schnittdarstellung zum Beschreiben des Zustandes der Federn des Menschenkraft- Erfassungsabschnitt ist,
Fig. 9 eine Schnittdarstellung zum Beschreiben des Zustandes der Feder des Menschenkraft- Erfassungsabschnittes ist, während eine Menschenkraft angewandt wird,
Fig. 10 eine Schnittdarstellung zum Beschreiben des Zustandes der Feder des Menschenkraft- Erfassungsabschnitt ist, während eine Menschenkraft angewandt wird,
Fig. 11 ein Blockdiagramm ist, das den Aufbau der Steuerung zeigt,
Fig. 12 ein Diagramm ist, das die Ausgangsmerkmale des Potentiometers in Bezug auf die auf den Handlauf angewandte Menschenkraft zeigt,
Fig. 13 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen dem Eingangssignal und dem Zieldrehmoment zeigt (die Merkmale der Unterstützungskraft- Berechnungseinrichtung), die das Unterstützungsverhältnis als einen Parameter verwendet.
Fig. 14 ein Diagramm ist, das die zeitliche Veränderung des Zielwertes (Ziel- Drehmoment) der durch die Steuerung berechneten Hilfsenergie zeigt,
Fig. 15 ein Schaltkreis- Strukturdiagramm der Hilfsenergie- Berechnungseinrichtung ist.
Fig. 16 ein Blockdiagramm ist, das den Aufbau einer Steuerung, bezogen auf ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt,
Fig. 17 ein Eingangssignal- Merkmalsdiagramm ist,
Fig. 18 ein Flussdiagramm ist, das die Unterstützungskraftberechnung zeigt,
Fig. 19 ein Diagramm ist, das die Veränderungen in der Rollstuhlgeschwindigkeit v, der resultierenden Antriebskraft F, der Unterstützungskraft FA und der Menschenkraft FM mit der Zeit zeigt,
Fig. 20 ein Flussdiagramm ist, das das Unterstützungskraft- Berechnungsverfahren zeigt,
Fig. 21 ein Diagramm ist, das die Veränderungen in der Rollstuhlgeschwindigkeit v, der resultierenden Antriebskraft F, der Unterstützungskraft FA und der Menschenkraft FM mit der Zeit zeigt,
Fig. 22 ein Diagramm ist, das die Veränderungen in der Rollstuhlgeschwindigkeit v, der resultierenden Antriebskraft F, der Unterstützungskraft FA und der Menschenkraft FM mit der Zeit zeigt,
Fig. 23 ein Diagramm ist, das die Veränderungen in der Rollstuhlgeschwindigkeit v, der resultierenden Antriebskraft F, der Unterstützungskraft FA und der Menschenkraft FM mit der Zeit zeigt,
Fig. 24 ein Diagramm ist, das die Veränderungen in der Rollstuhlgeschwindigkeit v, der resultierenden Antriebskraft F, der Unterstützungskraft FA und der Menschenkraft FM mit der Zeit zeigt, und
Fig. 25 eine Schnittdarstellung um den Motor herum, der mit einer elektromagnetischen Kupplung versehenen Unterstützungskraftvorrichtung ist.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines handbetätigten- elektrischen Rollstuhls, als ein Beispiel eines energieunterstützten Fahrzeuges nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
Der handbetätigte- elektrischen Rollstuhl 1 nach dieser Erfindung ist durch Zusammenbauen eines energieunterstützten Systems an einen vorhandenen, faltbaren Rollstuhl zusammengesetzt, und die vorderen und die hinteren Abschnitte seines Rohrrahmens 2 sind mit paarigen linken und rechten Laufrollen und Rädern gelagert.
Auf dem mittleren Abschnitt des Rahmens 2 ist ein Stoffsitz 5 (siehe Fig. 5) erstreckt, auf den ein Fahrer gesetzt wird. Der Rahmen hat paarweise vordere und hintere Querteile 2a, miteinander in einer X- Figurform gekreuzt und miteinander durch eine Welle 6 an ihrer Überschneidung geschwenkt. Demzufolge kann der Rollstuhl 1, wie in Fig. 3 gezeigt, gefaltet werden, und, in diesem Fall, wird der Sitz 5 auch nach innen gefaltet.
An dem hinteren Abschnitt des Rahmens 2 sind paarweise linke und rechte Handarme 2b aufgerichtet, wobei deren oberste Endabschnitte jeweils rückwärts gebogen ist und mit einem Griff 7 für den Helfer abgedeckt ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Potentiometer 34 (siehe Fig. 11) zum Erfassen der auf den Griff 7 durch den Helfer angewandten Kraft in dem Griff 7 untergebracht.
An den mittleren Abschnitten des Rahmens 2 sind paarweise linke und rechte Armstützen 8 für den Fahrer montiert, während paarweise linke und rechte Fußstützen 9 für den Fahrer an dem vorderen, unteren Endabschnitt des Rahmens 2 installiert sind. In jedem hinteren Endabschnitt der paarigen linken und rechten Arme 2c, längs durch den unteren Abschnitt des Rahmens 2 erstreckt, ist ein weiterer Arm 2d längs verschiebbar eingesetzt, und eine Walze 10 ist drehbar an dem hinteren Endabschnitt jedes Armes 2d gelagert. Der Arm 2d ist zum Längsgleiten durch Anordnen eines Bolzens 11, der von dem Arm 2c vorspringt, um in seinen Längsschlitz eingesetzt zu werden, gelagert, und wird, durch eine Feder (nicht gezeigt) rückwärts gedrückt gehalten, unter Druck zwischen dem Arm 2c und sich selbst festgehalten.
Jedes der paarigen linken und rechten Räder 4 wird, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, drehbar durch Kugellager 14 und 15 auf der an einem Halter 12, montiert an dem Rahmen 2, gelagerten Radwelle 13 gelagert, und jedes Rad 4 ist an seiner Außenseite mit einem ringförmigen Handlauf 16 versehen, um durch den Fahrer gedreht zu werden. Der Handlauf 16 ist durch drei Speichen 19 an einer Scheibe 18 befestigt, die drehbar auf der Nabe 4a des Rades 4 durch Lager 17 gelagert sind, so dass der Handlauf 16 unabhängig von dem Rad 4 gedreht werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel ist, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, ein Dämpfer 20 zwischen der Nabe 4a des Rades 4 und der Scheibe 18 vorgesehen.
Der Handlauf 16 ist mit dem Rad 4 an drei Stellen am seinen Umfang durch einen in Fig. 7 gezeigten Aufbau elastisch verbunden.
Wie in Fig. 7 gezeigt, ist in einem Abstand, gebildet zwischen jedem Paar von Rippen 4a- I, gebildet an der Nabe 4a des Rades 4, eine Federführung 21 untergebracht, die eine bogenförmige Nut 21a hat. Eine Feder 22, die einen großen Durchmesser hat und eine weitere Feder 23, die einen kleineren Durchmesser hat, sind in jeder Federführung 21 untergebracht. In Fig. 7 zeigt das Bezugszeichen einen Festhalter, um die Federn 22 und 23 am Herauskommen zu hindern.
Jede der Federn 22 und 23 hat beide Enden durch die Federklinken 25 und 26 gefangen, und, in einem neutralen Zustand, in dem keine Menschenkraft auf den Handlauf 16 angewandt wird, wie im Detail in Fig. 8 gezeigt wird, während die Federklinken 25 und 26 in Stoßkontakt mit einem Rippenpaar 4a- 1 ist, und die Feder, die einen kleineren Durchmesser hat, zwischen beiden Federklinken 25 und 26 unter einem vorbestimmte Druck festgehalten ist, wird die Feder, die einen etwas größeren Durchmesser hat, etwas von den Federklinken 25 und 26 getrennt und wendet keine Kraft auf die Federklinken 25 und 26 an. Hier ist die Federkonstante der Feder 22 mit dem großen Durchmesser größer gesetzt, als die von der Feder 23 mit kleinerem Durchmesser.
Die Scheibe 18 ist mit drei Paaren von Bolzen 27 und 28 versehen, die von deren Innenoberfläche vorspringen und in regelmäßigen, kreisförmigen Abständen vorspringen, und, in einem neutralen Zustand, in dem keine Menschenkraft auf das Handrad 16 angewandt wird, ist jedes Bolzenpaar 27 und 28 mit den Endoberflächen der Federklinken 25 und 26 in Kontakt, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt. Obwohl ein Bolzen 27 auf einer Innenseite der Scheibe 18 befestigt ist, ist der andere Bolzen 28 durch einen durch die Scheibe 18 gebildeten bogenförmigen Schlitz 18a, wie in Fig. 6 gezeigt, eingesetzt, so dass die Position des Bolzens 28 einstellbar gemacht werden kann, und durch eine Mutter 29 in Kontakt mit der Endoberfläche der Federklinke 26 an der Scheibe 18 befestigt wird. Jede Rippe 4a- 1 hat eine so gebildete Nut 4a- 2, um die Bewegung des Bolzens 27 oder 28 zu gestatten.
Wie in den Fig. 4 bis 7 gezeigt, hat die Scheibe 18 auf der Seite des Handlaufes 16 ein daran befestigtes Potentiometer 30, um die Größe und die Richtung der auf den Handlauf 16 angewandten Kraft zu erfassen, wobei ein Ende eines Hebels 31 mit dem Endabschnitt der Eingangswelle 30a des Potentiometers 30 verbunden ist, und das andere Ende des Hebels 31 ist mit einem Bolzen 32 im Eingriff, der von der Nabe 4a des Rades 4 durch eine Gummikappe 33 vorspringt, um dem Hebel am Spiel zu hindern.
Auf der Innenseite jedes der paarigen linken und rechten Räder 4 und 5 ist ein energieunterstützendes System 40 installiert (in den Fig. 4 und 5 ist nur eines gezeigt).
Überdies sollte beachtet werden, dass ein Potentiometer 30 mit jedem der linken und rechten Räder verbunden ist, um die Menschenkraft zu erfassen, die auf jedes der linken und rechten Räder direkt angewandt wird. In einer ähnlichen Weise ist jeder der vorerwähnten Griffe 7 mit einem Potentiometer 34 versehen, um die auf die linke oder rechte Seite des Fahrzeuges angewandte Menschenkraft zu erfassen.
Das energieunterstützte System 40 hat einen Antriebsmotor 41 zum Erzeugen der Unterstützungskraft und ein Getriebegehäuse 42, das die Zahnräder G1 bis G4 zum Übertragen der Antriebskraft von dem Antriebsmotor 41 auf das Rad 4 unterbringt, und der Antriebsmotor 41 hat ein mit seinem Ausgangswellenende verbundenes Zahnrad G1 mit kleinerem Durchmesser. Das Getriebegehäuse 42 wird auf der Radwelle 13 gehalten, während es, wie in Fig. 4 gezeigt, an dem Rahmen 2 durch eine Gummihülse befestigt ist.
Das Getriebegehäuse 42 hat eine Zählwelle 43 und eine Antriebswelle 44, drehbar parallel mit der Radwelle 13 gelagert, wobei die Zählwelle 43 ein Zahnrad G2 mit größerem Durchmesser und ein daran befestigtes Zahnrad G3 mit kleinerem Durchmesser hat, und die Antriebswelle 44 hat ein daran drehbar gelagertes Zahnrad G4 mit größerem Durchmesser und ein mit dem anderen Endabschnitt verbundenes Zahnrad G5 mit einem kleineren Durchmesser. Hier ist das Zahnrad G2 mit größerem Durchmesser in Kämmeingriff mit dem Zahnrad G1 mit einem kleineren Durchmesser, das Zahnrad G3 mit einem kleineren Durchmesser ist im Kämmeingriff mit dem Zahnrad G4 mit größerem Durchmesser, und das Zahnrad G5 ist in Kämmeingriff mit einem Zahnkranz G6 mit größerem Durchmesser, befestigt und gehalten innerhalb der Nabe 4a. Der Zahnkranz G6 wird für eine relative Drehbewegung innerhalb der Nabe 4a gehalten, und die Drehung des Zahnkranzes G6 wird auf die Nabe durch eine Mehrzahl von Dämpferteilen 45, angeordnet in der Umfangsrichtung zwischen dem Zahnkranz G6 und der Nabe 4a, übertragen.
Die Antriebswelle 44 ist mit einer Klauenkupplung 46 zum Eingreifen/außer Eingriffbringen des Zahnrades G4 mit größerem Durchmesser mit der Antriebswelle 44 versehen, und diese Klauenkupplung, installiert an dem vorderen oberen Abschnitt des Rahmens 2, ist durch Schwenken des Kupplungshebels 47 (siehe Fig. 1) im Eingriff/außer Eingriff. Nahe der Klauenkupplung 46 ist ein Grenzschalter 48 zum Erfassen des Eingreifen/außer Eingriffbringens der Klauenkupplung 46 installiert, so dass der Antriebsmotor 41 nicht mit Energie versehen werden kann, während die Klauenkupplung 46 außer Eingriff ist.
Obwohl die obige Beschreibung für den Aufbau des energieunterstützten Systems 40 ist, vorgesehen für das Rad 4 auf einer Seite, wird ein gemeinsames energieunterstütztes System auch für das Rad auf der anderen Seite verwendet, um die Massenproduktionseffekte infolge der Teilevereinheitlichung hinzuzufügen.
Demzufolge sind die paarigen linken und rechten energieunterstützten Systeme 40 in einem punktsymmetrischen Beziehung angeordnet. D. h., da in jedem energieunterstützten System 40 der Antriebsmotor 41 von der Mittellinie des Rades 13 weg versetzt ist, wenn solche gemeinsamen energieunterstützten Systeme 40 an den rechten und linken Rädern 4 in einer punktsymmetrischen Beziehung, wie in Fig. 2 gezeigt, vorgesehen sind, sind die paarigen linken und rechten Antriebsmotoren 41, die am meisten vorgesprungenen Abschnitte dieses Ausführungsbeispieles, mit einer Höhendifferenz dazwischen angeordnet, und wird nicht miteinander stören, wenn der Rollstuhl 1, wie in Fig. 3 gezeigt, gefaltet ist; demzufolge kann der Rollstuhl 1 kompakt gefaltet werden.
Andererseits ist eine Steuerung 50 zum Steuern des Betriebes des energieunterstützten Systems 40 an dem vorderen Seitenabschnitt des Rahmens 2 installiert, wie in Fig. 1 gezeigt, und eine Batterie 60 ist oberhalb der Steuerung 50 installiert. Die Steuerung 50 kann an dem Kreuzungsteil 2a des Rahmens 2, wie in Fig. 2 in Kettenlinien gezeigt, installiert werden.
Hier ist, bezugnehmend auf Fig. 11, der Aufbau der Steuerung 50 beschrieben.
Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Steuerung 50 zeigt. Die Steuerung 50 enthält die Unterstützungskraft- Berechnungseinrichtung 51 zum Berechnen der Unterstützungskraft für die Menschenkraft, angewandt auf den Handlauf 16 und durch das Potentiometer 30 erfaßt und/oder die Menschenkraft, angewandt an dem Griff 7 (Menschenkraft, angewandt durch den Helfer) und durch das Potentiometer 34 erfaßt, eine Motorsteuereinrichtung 52 zum Steuern des Betriebes des Antriebsmotors 41 (Steuern des Stromes, der zu dem Antriebsmotor 41 zugeführt werden soll), so dass die Unterstützungskraft, erhalten durch die Unterstützungskraft- Berechnungseinrichtung 51 (d. h., den Zielwert der Unterstützungskraft (Ziel- Drehmoment)), erreicht werden kann, und ein Steuerungs-Antriebsschaltkreis 53, der Steuersignale von der Motorsteuereinrichtung 52 empfängt und Steuerungssignale Ga, Gb, Gc und Gd ausgibt hat Betriebsbedingungswerte, die den obigen Steuersignalen entsprechen. In Fig. 11 bezeichnen die Ziffern 54a, 54b, 54c, und 54d FETs (Feld- Effekttransistoren), die EIN/AUS gedreht werden, wenn die jeweiligen Steuerungssignale Ga, Gb, Gc und Gd angewandt werden.
Als nächstes wird die Funktion dieses handbetätigten- elektrischen Rollstuhls beschrieben.
Wenn der Fahrer seine Kraft auf die paarigen linken und rechten Handläufe 16 anwendet, um sie, z. B. in die Vorwärtsrichtung zu drehen, tritt keine relative Drehung zwischen dem Handlauf 16 und dem Rad 4 auf, bis die Größe der auf jeden Handlauf angewandten Menschenkraft die Vorspannkraft der drei Federn 23 mit kleinem Durchmesser überwindet, und, in dieser Zeitspanne ist der Ausgang des Potentiometers 30 Null, wie in Fig. 12 gezeigt. Fig. 12 ist ein Diagramm, das die Ausgangsmerkmale des Potentiometers 30 in Bezug auf die auf den Handlauf 16 angewandte Menschenkraft FM zeigt, und FMO in Fig. 12 ist ein Menschenkraftwert, der der Vorspannkraft der Federn 23 mit kleinem Durchmesser entspricht.
Wenn sich die Menschenkraft FM weiter erhöht, die danach FMO übersteigt, presst eijn Bolzen die Federklinke 25, um nur die Federn 23 mit kleinem Durchmesser zusammen zu pressen, wie in Fig. 9 gezeigt, und dann wird der Handlauf 16 relativ zu dem Rad 4 um einen Winkel gedreht, der dem Zusammenpressbetrag der Feder 23 entspricht. Der Winkel dieser relativen Drehung des Handlaufes 16 wird multipliziert und zu dem Potentiometer 30 durch den Hebel 31 übertragen, und das Potentiometer 30 gibt ein Signal aus, das der auf den Handlauf 16 angewandten Menschenkraft FM entspricht, wie mit einer Linie in Fig. 12 gezeigt. Da die Federkonstante der Federn 23 mit kleinem Durchmesser kleiner ist, ist der Zusammenpressbetrag dieser Feder 23, der der Zunahme der Menschenkraft FM entspricht, d. h. dem Drehwinkel des Handlaufs 16, größer, die Empfindlichkeit des Potentiometers 30 wird hoch gehalten und es wird für den Fahrer möglich, den Rollstuhl mit Feingefühl zu steuern.
Wenn der Betrag der auf den Handlauf 16 angewandten Menschenkraft FM den in der Fig. 12 gezeigten Betrag FM1 erreicht, beginnt die Feder 22 mit großem Durchmesser zusammen mit der Feder 23 mit kleinem Durchmesser auch zusammengedrückt zu werden, der Handlauf 16 wird relativ zu dem Rad 4 um einen Winkel gedreht, der dem Druckbetrag von beiden Federn 22 und 23 entspricht, und das Potentiometer 30 gibt ein Signal aus, das der auf den Handlauf 16 angewandten Menschenkraft fM entspricht, wie mit einer Linie b in Fig. 12 gezeigt.
Wenn sich die auf den Handlauf 16 angewandte Menschenkraft FM danach erhöht und einen Wert FM2 übersteigt, da der Bolzen 27 mit dem Festhalter 24 in Kontakt kommt, wie in Fig. 10 gezeigt, wird die Menschenkraft FM direkt auf das Rad 4 durch den Festhalter 24 übertragen. In dieser Zeitdauer ist das Ausgangssignal des Potentiometers konstant, wie mit einer Linie c in Fig. 12 gezeigt.
Wenn der Fahrer die Menschenkraft auf den Handlauf 16 in der umgekehrten Richtung anwendet wird, wird das Ausgangssignal des Potentiometers 30 mit den Linien a', b' und c' in Fig. 12 gezeigt, und die schraffierte Zone in Fig. 12 bildet eine nicht- sensible Zone. Durch Vermeiden solch einer nicht- sensible Zone, während des Zulassens mechanischer und elektrischer Fehler, kann der stationäre Zustand sicher erfasst werden.
Die Menschenkraft FM wird auf den Handlauf 16 intermittierend angewandt und durch das Potentiometer 30 erfaßt, wie oben beschrieben, und das Erfassungssignal Vin wird hier in die Unterstützungskraft- Berechnungseinrichtung 51 der Steuerung 50 eingegeben.
Die Unterstützungskraft- Berechnungseinrichtung 51 berechnet ein Ziel- Drehmoment τ für das Eingangssignal Vin, ausgegeben von dem Potentiometer 30 auf der Grundlage des erforderlichen Unterstützungsverhältnisses, und gibt Steuersignale aus, die denen zu der Motorsteuereinrichtung 52 entsprechen. Das Verhältnis zwischen dem Eingangssignal Vin und dem Ziel- Drehmoment τ(Merkmale der Unterstützungskraft- Berechnungseinrichtung 51), das das Unterstützungsverhältnis als einen Parameter verwendet, wird in Fig. 13 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Ziel- Drehmoment τ Null und eine elektrisch nicht- sensible Zone wird gebildet, wenn der Wert des Vin zwischen V&sub1;&sub1; und V&sub1;&sub2; ist.
Die Motorsteuereinrichtung 52 steuert den elektrischen Strom, der zu dem Antriebsmotor 41 zugeführt werden soll, und der Steuerungsantriebsschaltkreis 53, der Steuersignale von der Motorsteuereinrichtung empfängt, wendet Steuerungssignale Ga und Gd von notwendigen Betriebsbedingungswerten an der Steuerung der FET's 54a und 54d an (zur Zeit des Vorrückens). Daraufhin fließt der Strom von der Batterie 60 in die Richtung des Pfeiles in Fig. 11 durch die FET's 54a und 54d und der Motorantrieb 41 wird durch diesen Strom normal gedreht. Der Wert Ib des Stromes, der durch den FET 54d fließt, ist mit der Motorsteuereinrichtung 52 rückgekoppelt und wird mit dem Zielwert verglichen, um die Betriebsbedingungswerte der Steuerungssignale Ga und Gd zu erhöhen/zu vermindern.
Wenn der Antriebsmotor 41 wie oben beschrieben normal gedreht wird, wird die durch den Antriebsmotor 41 erzeugte Antriebskraft auf das Rad 4 als Unterstützungskraft FA gegeben. D. h., die Drehung des Antriebsmotores 41 wird auf die Zählwelle 43 mit einer ersten Geschwindigkeitsverminderung durch die Zahnräder G1 und G2, gezeigt in Fig. 5, übertragen, und, während die Klauenkupplung 46im Eingriff ist, wird die Drehung der Zählwelle 43 auf die Antriebswelle 44 mit einer zweiten Geschwindigkeitsverminderung durch die Zahnräder G3 und G4 übertragen. Die Drehung der Antriebswelle 44 wird durch Dämpfungsteile 45 auf das Rad 4 mit einer dritten Geschwindigkeitsverminderung durch die Zahnräder G5 und G6 übertragen. Das Rad 4 wird für die Drehung angetrieben und der Rollstuhl 1 wird durch eine Antriebskraft F, erhalten durch Hinzufügen der Menschenkraft FM und der Unterstützungskraft F (= FM + FA) vorverschoben, und der Fahrer kann den Rollstuhl mit einer Antriebskraft (Menschenkraft) FM, sowie einer Hälfte der Gesamtantriebskraft F leicht bedienen.
Wenn eine Menschenkraft FM in der umgekehrten Richtung (Umkehrrichtung) auf den Handlauf 16 angewandt wird, wendet der Steuerantriebsschaltkreis 53, gezeigt in Fig. 11, die Steuerungssignale Ga und Gd an den jeweiligen FET's 54b und 54c an, um sie AN oder AUS zu drehen. Dann, da der Strom von der Batterie 60 durch den Antriebsmotor 41 in die umgekehrte Richtung fließt, dreht der Antriebsmotor 41 entgegengesetzt, und auf das Rad 4 wird eine Unterstützungskraft FA angewendet, um es in der Richtung umzukehren. Der Wert Ib des Motorstromes, der durch den FET 54b fließt, ist mit der Motorsteuereinrichtung 52 zurückgekoppelt und wird mit dem Zielwert verglichen, um die Betriebsbedingungswerte der Steuerungssignale Gb und Gc zu erhöhen/zu vermindern.
Die auf den Griff 7 durch einen Helfer angewandte Menschenkraft wird durch das Potentiometer 34 auch erfasst und eine Unterstützungskraft, die dieser Menschenkraft entspricht, wird auf das Rad 4 angewandt. Wenn jedoch die Menschenkraft gleichzeitig auf den Handlauf 16 und den Griff 7 angewandt wird, kann eine Unterstützungskraft, die einer der Menschenkraft von höherer Priorität entspricht, auf das Rad 4 angewandt werden, oder Unterstützungskräfte für beide Menschenkräfte können hinzugefügt werden.
Wie in Fig. 14 gezeigt, die die Veränderung des Zielwertes der Unterstützungskraft (Ziel- Drehmoment), berechnet durch die Steuerung 50, im Verlauf der Zeit zeigt, wird in diesem Ausführungsbeispiel die Unterstützungskraft FA angewendet gelassen, selbst nachdem die auf den Handlauf 16 angewendete Menschenkraft FM entfernt worden ist. D. h., wenn eine Menschenkraft FM auf den Handlauf 16 angewendet wird, gibt das Potentiometer 30 ein Eingangssignal Vin1 aus und eine Unterstützungskraft FA1 wird auf das Rad 4 durch die Steuerung 50 angewandt. Dann, wenn sich zu der Zeit t&sub2; das Eingangssignal Vin1 beginnt zu vermindern wird der Maximalwert des Eingangssignales Vin1, während er gedämpft wird, beibehalten, und die angewandt gelassene Unterstützungskraft FA2 setzt sich fort, um auf das Rad 4 angewendet zu werden.
Wie oben beschrieben, da die Unterstützungskraft FA2 angewandt gelassen wird und sich fortsetzt, das Rad 4 zu drehen, selbst nachdem die Menschenkraft FM auf das Rad 4 entfernt worden ist, wird die Fahrentfernung des Rollstuhles 1 für eine Anwendung der Menschenkraft länger, die Ganghöhe, mit der der Fahrer die Menschenkraft auf das Rad 4 anwendet, um es zu drehen, kann länger werden und die physische Belastung auf den Fahrer wird weiter erleichtert.
Die Polarität der angewandt gelassenen Unterstützungskraft FA2 wird in der Richtung der eingegebenen Menschenkraft FM (z. B. in der Vorwärtsrichtung) beibehalten, und ihr Absolutwert FA2 wird, wie gezeigt, im Verlauf der Zeit gedämpft. Da der Absolutwert FA2 der Unterstützungskraft FA2 im Verlauf der Zeit, wie oben beschrieben, gedämpft wird, kann ein Trägheitsfahrgefühl, ähnlich zu jenem des herkömmlichen, handbetätigten Rollstuhles, gegeben werden, während der Rollstuhl 1 angetrieben wird.
Wenn ein Eingangssignal Vin2 periodisch ausgegeben wird, weil der Fahrer beim nächsten Mal eine Menschenkraft FM auf den Handlauf 16 anwendet, wenn FA2 kleiner als Vin2 zu der Zeit t&sub3; wird, wird eine Unterstützungskraft FA1, die diesem Eingangssignal Vin2 entspricht, auf das Rad 4 angewandt, wenn sich das Eingangssignal Vin2 zu der Zeit t&sub4; beginnt zu vermindern, wird der Maximalwert des Eingangssignales Vin2, während er gedämpft wird, beibehalten, und die angewendet gelassene Unterstützungskraft FA3 setzt sich fort auf das Rad 4 angewendet zu werden. Somit wird der Anfangswert (z. B. der Wert zu der Zeit t&sub2;, t&sub4; und t&sub6; in Fig. 14) des Absolutwertes FA2 der angewendet gelassenen Unterstützungskraft FA2 durch den Maximalwert der Menschenkraft FM nacheinander erneuert.
Danach, wenn ein Eingangssignal Vin4, wie in Fig. 14 gezeigt, ausgegeben wird, weil eine Menschenkraft FM in entgegengesetzter Richtung (Umkehrrichtung) auf den Handlauf 16 angewandt wird, während der Rollstuhl in einem Trägheitsfahrzustand ist, da der angewendet gelassene Absolutwert FA2 die Unterstützungskraft FA2 stark vermindert, wie in Fig. 14 gezeigt, weil er als eine lineare Summe von der angewendet gelassenen Unterstützungskraft in der Vorrückposition und der angewendet gelassenen Unterstützungskraft in der entgegengesetzten Richtung erhalten wird; demzufolge wird der Trägheitsfahrzustand des Rollstuhles 1 aufgehoben und der Rollstuhl 1 wird schnell zu einem Halt gebracht.
Zumindest einer des Absolutwertes FA2 der angewendet bleibenden Unterstützungskraft FA2, oder seine Dämpfungsgeschwindigkeit kann entsprechend der physischen Stärke des Rollstuhlbenutzers etc. verändert werden, oder kann zwischen Vorwärtsfahren oder Rückwärtsfahren verändert werden.
Hier ist ein praktisches Verfahren beschrieben, um unter Bezug auf Fig. 15 die Unterstützungskraft FA angewendet zu lassen.
Fig. 15 ist ein Schaltkreis- Aufbaudiagramm für eine Unterstützungskraft- Berechnungseinrichtung 51, in der die Symbole C&sub1;&sub1; und C&sub2;&sub1; Kondensatoren und D&sub1;&sub1; und D&sub2;&sub1; Dioden, und R&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;, R&sub1;&sub3;, R&sub1;&sub4;, R&sub1;&sub5;, R&sub2;&sub1;, R&sub2;&sub2;, R&sub2;&sub4;, R&sub3;&sub1; und R&sub3;&sub2; Widerstände, und OP1 eine Einrichtung zur Drehrichtungsumkehr anzeigen.
Das Potentiometer 30 ist mit den positiv und negativ stabilisierten Energiequellen V&spplus; und V&supmin; an beiden Enden verbunden und mechanisch installiert, so dass das Ausgangspotential Null ist, wenn der Eingang der Menschenkraft FM Null ist.
Wenn das Potentiometer 30 ein positives Potential durch den Eingang der Menschenkraft FM in Vorwärtsrichtung erzeugt, wird dieses erzeugte Potential in den Kondensator C&sub1;&sub1; durch R&sub1;&sub4; aufgeladen. Obwohl der Kondensator C&sub1;&sub1; fortfährt aufgeladen zu werden, während die Menschenkraft FM konstant oder ansteigend ist, wenn das Potential des Potentiometers 30 infolge der Abnahme der Verminderung der Menschenkraft FM beginnt abzufallen, wird der Umkehrstrom durch die Funktion der Diode D&sub1;&sub1; verhindert und der Kondensator C&sub1;&sub1; funktioniert, um den Maximalwert (Spitzenwert) des Potentials zu speichern.
Andererseits, da der Kondensator C&sub1;&sub1; seine Ladung durch den Widerstand R&sub1;&sub2; auflädt, fällt das Anschlusspotential des Kondensators C&sub1;&sub1; mit der Zeit.
Durch die obige Aktion, wenn eine Menschenkraft FM in Vorwärtsrichtung angewandt wird, wird eine Unterstützungskraft FA in einem Unterstützungsverhältnis, bestimmt durch R&sub1;&sub2; und R&sub1;&sub3; angewandt, bis die Menschenkraft FM ihr Maximum erreicht, danach, wenn die Menschenkraft beginnt sich zu vermindern, wird der Maximalwert der Unterstützungskraft FA während des Gedämpftwerdens beibehalten, und die Unterstützungskraft FA wird angewendet gelassen, selbst nachdem die Menschenkraft FM entfernt ist. Die Zeit, während die Unterstützungskraft FA angewendet gelassen wird, nach nach dem Willen durch die Kapazität des Kondensators C&sub1;&sub1; und dem Wert des Widerstandes R&sub1;&sub2; eingestellt werden, und, in diesem Ausführungsbeispiel, ist diese Zeit zwischen 2 und 5 Sekunden entsprechend der Kondition des Fahrers einstellbar.
Wenn die Menschenkraft FM in der entgegengesetzten Richtung angewendet wird, wird die Unterstützungskraft FA durch das Halten der Potentialspitze und die langsame Freigabefunktion, aufgebaut mit einer Diode D&sub2;&sub1;, dem Kondensator C&sub2;&sub1; und die Widerstände R&sub2;&sub2; und R&sub2;&sub4;, selbst nachdem die Menschenkraft FM entfernt ist, angewendet gelassen.
Andererseits fügt die Einrichtung zur Drehrichtungsumkehr OP1 die Potentiale der Kondensatoren in einem durch die Eingangswiderstände R&sub1;&sub2; und R&sub2;&sub2; bestimmten Verhältnis C&sub1;&sub1; und C&sub1;&sub2; zu, und das Unterstützungsverhältnis in der Vorwärtsrichtung wird durch die Eingangswiderstände R&sub1;&sub2; und R&sub1;&sub3; bestimmt, während das Unterstützungsverhältnis in der entgegengesetzten Richtung durch die Eingangswiderstände R&sub2;&sub2; und R&sub1;&sub3; bestimmt wird. Z. B., wenn R&sub1;&sub2; = R&sub2;&sub2; die Unterstützungsverhältnisse zum Vorwärts- oder Rückwärtsfahren zueinander gleich werden, und, wenn gleiche Menschenkräfte FM in den vorwärtigen oder rückwätigen Richtungen für jeweils einen kurzen Zeitraum angewendet werden, obwohl die Potentiale in jedem der Kondensatoren C&sub1;&sub1; und C&sub1;&sub2; gespeichert sind, da sie durch die Einrichtung zur Drehrichtungsumkehr OP1 als positive und negative Potentiale von gleichem Betrag hinzugefügt sind, wird letztlich die Ausgangsleistung des Ziel- Drehmomentes nahezu Null.
In einigen Fällen ist es wünschenswert, das Unterstützungsverhältnis zwischen dem Vorwärts- oder Rückwärtsfahren nach den Bedingungen, wie physische Stärke des Fahrers etc. zu ändern. In solchen Fällen wird es empfohlen das Verhältnis der Widerstände R&sub1;&sub2; und R&sub2;&sub2; zu ändern.
Daraufhin, da das Potential des Potentiometers 34 zum Erfassen der durch den Helfer angewandten Menschenkraft direkt zu der Einrichtung zur Drehrichtungsumkehr OP1 durch den Eingangswiderstand R&sub3;&sub2; addiert wird, wird die Unterstützungskraft, angewandt entsprechend der Menschenkraft des Helfers, nicht angewendet gelassen, nachdem die Menschenkraft entfernt ist.
Es wird möglich, das Unterstützungsverhältnis nach der physische Stärke des Helfers durch Verändern des Wertes des Eingangswiderstandes R&sub3;&sub2; festzulegen.
Als nächstes wird ein weitere Ausführungsbeispiel des praktischen Verfahrens, um eine Unterstützungskraft angewendet zu lassen, unter Bezug auf die Fig. 16 bis 18 beschrieben. Fig. 16 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Steuerung 50 zeigt, Fig. 17 ist ein Diagramm, das die Merkmale von Eingangssignalen zeigt, und Fig. 18 ist ein Flussdiagramm, das das Unterstützungskraft- Berechnungsverfahren zeigt.
In diesem Ausführungsbeispiel enthält die Steuerung 50, wie in Fig. 16 gezeigt, eine CPU 55 und einen Motorantrieb 56, und die Menschenkräfte, erfasst durch die Potentiometer 30 und 34, werden in die CPU 55 durch die Schnittstellen I/F eingegeben.
Wenn die Signale von den Potentiometern 30 und 34 eingegeben werden, führt die CPU 55 das in Fig. 18 gezeigte Unterstützungskraft- Berechnungsverfahren aus.
In Fig. 18 wird in SCHRITT 1 entschieden, ob die Werte der Eingangssignale V&sub1; von dem Potentiometer 30 und die Eingangssignale V&sub2; von dem Potentiometer 34 normal sind, oder ob nicht, d. h., ob die Werte der Eingangssignale V&sub1; und V&sub2; in dem vorbestimmten Bereich Vniedrig~Vhoch (Vniedrig < V&sub1; < Vhoch Und Vniedrig < V&sub2; < Vhoch) enthalten sind, oder ob nicht, dann, wenn sie enthalten sind, wird es entschieden, ob das Fahrzeug in SCHRITT 3 in Fig. 18 vorwärts oder rückwärts fährt. Wenn das Eingangssignal V&sub1; oder V&sub2; von dem vorbestimmten Bereich, der abnormale Werte zeigt, abweicht, wird der Fehler in SCHRITT 2 in Fig. 18 verarbeitet.
Beim Entscheiden, ob das Fahrzeug vorwärts oder rückwärts fährt, wie oben beschrieben, wird entschieden, ob das Eingangssignal V&sub1; größer ist als VNull (siehe Fig. 17), oder ob nicht, und es wird entschieden, dass das Fahrzeug vorwärts fährt, wenn V&sub1; größer als VNull ist (V&sub1; - VNull > 0), während es entschieden wird, dass das Fahrzeug rückwärts fährt, wenn V&sub1; kleiner als VNull ist (V&sub1; - VNull < 0).
Falls es entschieden wird, dass das Fahrzeug vorwärts fährt, weil V&sub1; - VNull > 0 ist, wird der Absolutwert Vpos des Eingangssignales V&sub1; erhalten durch
Vpos = V&sub1; - VNull (1)
(SCHRITT 4 in Fig. 18), es wird entschieden, ob dieser Absolutwert Vpos größer als der aufrechterhaltene Maximalwert Vpmax, oder nicht ist (Vpmax < Vpos) (SCHRITT 5 in Fig. 18), falls größer, wird der Maximalwert Vpmax durch diesen Absolutwert Vpos (Vpmax = Vpos) (SCHRITT 6 in Fig. 18) erneuert, und, wenn kleiner, wird der Maximalwert Vpmax nicht erneuert.
Als nächstes wird entschieden, ob die allmähliche Verminderung (Dämpfung mit der Zeit) des Maximalwertes Vpmax, erforderlich ist, oder ob nicht, durch Vpmax > 0 (SCHRITT 7 in Fig. 18), und, wenn Vpmax > 0 ist, wird es entschieden, dass Vpmax es erfordert, allmählich vermindert zu werden, und der Maximalwert Vpmax wird um dV nach der folgenden Gleichung vermindert (SCHRITT 8 in Fig. 18):
Vpmax = Vpmax - dV (2)
Hier, wenn Vpmax = 0 ist, wird entschieden, dass die allmähliche Verminderung des Maximalwertes Vpmax nicht erforderlich ist, und der Maximalwert Vpmax wird beibehalten. Der Absolutwert des Maximalwertes Vpmax ist in diesem Fall sehr klein und ist innerhalb der elektrischen nicht- sensiblen Zone V&sub1;&sub1;~V&sub1;&sub2;, gezeigt in Fig. 13, enthalten, und der Rollstuhl 1 ist in Ruhe und das Rad wird sich nicht entgegengesetzt drehen.
Andererseits, wenn es entschieden wird, dass das Fahrzeug rückwärts fährt, weil V&sub1; - VNull < 0 ist, wird der Absolutwert Vneg des Eingangssignales V&sub1; erhalten durch
Vneg = VNull - V&sub1; (3),
(SCHRITT 9 in Fig. 18), wird es entschieden, ob dieser Absolutwert Vneg größer ist, als der aufrechterhaltene Maximalwert Vnmax, oder ob nicht (Vnmax < Vneg) (SCHRITT 10 in Fig. 18), falls größer, wird der Maximalwert Vnmax durch diesen Absolutwert Vneg (Vnmax = Vneg) erneuert (SCHRITT 11 in Fig. 18), und, falls kleiner, wird der Maximalwert Vnmax nicht erneuert.
Als nächstes wird entschieden, ob die allmähliche Verminderung (Dämpfung mit der Zeit) des Maximalwertes Vnmax erforderlich ist, oder ob nicht, durch Vnmax > 0 (SCHRITT 12 in Fig. 18), und, falls Vnmax > 0 ist, wird es entschieden, dass der Maximalwert Vnmax erforderlich ist, allmählich vermindert zu werden, und der Maximalwert Vnmax wird um dV nach der folgenden Gleichung vermindert (SCHRITT 13 in Fig. 18):
Vnmax = Vnmax - dV (4).
Hier, wenn Vnmax = 0 ist, wird es entschieden, dass die allmähliche Verminderung des Maximalwertes Vnmax nicht erforderlich ist, und der Maximalwert Vnamx wird aufrechterhalten.
Wenn die Maximalwerte zum Vorwärts- oder zum Rückwärtsfahren Vpmax und Vnmax erhalten werden, wie oben beschrieben, wird die Unterstützungskraft V mjt nach der folgenden Gleichung erhalten (SCHRITT 14 in Fig. 18).
Vout = k1·Vpmax - k2·Vnmax + k3·V2 (5)
wo: k1, k2 und k3 Konstanten oder variable Koeffizienten sind, und V&sub2; ein Eingangssignal von dem Potentiometer 34 ist.
Nachstehend, da die vorstehenden Abläufe immer wiederholt werden (SCHRITT 15 in Fig. 18) und die Maximalwerte Vpmax und Vnmax mit der Zeit entsprechend der obigen Gleichungen (2) und (4) vermindert werden, obwohl die Unterstützungskraft, die mit der Zeit gedämpft wird, für die auf den Handlauf 16 angewendete Menschenkraft noch angewendet gelassen bleibt, selbst nachdem die Menschenkraft entfernt ist, wird die Unterstützungskraft nicht für die durch den Helfer angewendete Menschenkraft angewendet gelassen.
Die Veränderungen in der Geschwindigkeit v des Rollstuhles 1, die resultierende Antriebskraft F, die Unterstützungskraft FA und die Menschenkraft FM mit der Zeit für das oben beschriebene Ausführungsbeispiel sind in Fig. 19 gezeigt. In dem Ausführungsbeispiel wird die Unterstützungskraft nach dem Erreichen ihres Maximalwertes von FAmax allmählich mit der Zeit auf einen ungefähr feststehenden Betrag vermindert. Nämlich der Wert dV, der von den Maximalwerten Vpmax, Vnmax der Absolutwerte Vpos, Vneg des Eingangssignales V&sub1; von dem Potentiometer 30 abgezogen werden soll (bezieht sich auf die Gleichungen (2) und (4)) war konstant (dV = konstant). Nach der Zeit t&sub3;, bei der die resultierende Antriebskraft F (Unterstützungskraft FA) Null wird, wird die Geschwindigkeit v des Rollstuhles 1 durch den Widerstand der Straßenoberfläche allmählich vermindert und die Belastung durch den Umkehrantrieb von der Seite des Rades 4 der Unterstützungskraftvorrichtung 40, die den Antriebsmotor 41 enthält, kann mit der Zeit verändert werden. Dies bedeutet, durch Ausdrücken der dV als dV(t) oder einer Funktion der Zeit, können Vpmax, Vnmax aus den Gleichungen unten, an Stelle der Gleichungen (2), (4) in der Berechnung des Restbetrages der Unterstützungskraft FA (bezogen auf die SCHRITTE 8 und 13 in Fig. 20) berechnet werden. Fig. 20 ist ein zu Fig. 18 ähnliches Fließdiagramm und zeigt das Unterstützungskraft - Berechnungsverfahren.
Vpmax = Vpmax - dV(t) (2)'
Vnamx = Vnmax - dV(t) (4)'
Ein spezielles Beispiel vom Steuerverfahren für die Unterstützungskraft FA (wie nämlich die dV(t) festzulegen ist) wird in Bezug auf die Fig. 21 bis 24 beschrieben. Die Fig. 21 bis 24 sind zu Fig. 19 ähnlich und zeigen die Veränderung in der Geschwindigkeit v des Rollstuhles 1, die resultierende Kraft F, die Unterstützungskraft FA, und die Menschenkraft FM mit der Zeit.
In dem in Fig. 21 gezeigten Beispiel wird die Unterstützungskraft FA ungefähr bei ihrem Maximalwert FAmax (FA = FAmax) für eine feststehende Dauer von der Zeit t&sub1; aufrechterhalten, wenn die Unterstützungskraft ihren Maximalwert zu der Zeit t&sub3; erreicht, und dann durch eine ungefähr konstante Geschwindigkeit von dem Maximalwert FAmax allmählich reduziert. Mit anderen Worten, die dV(t) wird mit der Zeit, wie unten beschrieben, festgelegt.
Zeit t&sub1; - t&sub3;: dV(t) = 0
Zeit t&sub3; - t&sub4;: dV(t) = konstant
Wenn die Unterstützungskraft FA mit dem Maximalwert FAmax für eine feststehende Zeitdauer, wie oben beschrieben, beibehalten wird, kann der Rollstuhl mit einer kleineren Menschenkraft FM angetrieben werden und auf ein Niveau ansteigen, das leichter wird. Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird die Geschwindigkeit des Rollstuhles 1 nach der Zeit t&sub4;, bei der die resultierende Antriebskraft F (Unterstützungskraft FA) Null wird, durch den Widerstand der Straßenoberfläche und durch die Belastung durch den Umkehrantrieb der Unterstützungskraftvorrichtung 40 allmählich vermindert, und der Rollstuhl 1 hält zu der Zeit t&sub5; an.
In dem in Fig. 22 gezeigten Beispiel ist die allmähliche Reduktionsgeschwindigkeit der Unterstützungskraft FA auf halber Strecke verändert; die allmähliche Reduktionsgeschwindigkeit der Unterstützungskraft FA ist für die Dauer t&sub1; - t&sub3; größer als jene für die Dauer t&sub3; - t&sub4; festgelegt. Demzufolge ist der Wert von dV(t) für die Dauer t&sub1; - t&sub3; größer als für die Dauer t&sub3; - t&sub4; festgelegt.
Wenn die allmähliche Reduktionsgeschwindigkeit der Unterstützungskraft FA auf halber Strecke verändert ist, wird ein Fahrgefühl erhalten, das näher zu jenem eines handbetätigten Rollstuhles ist, und der Betrieb wird, auch in diesem Ausführungsbeispiel, nach der Zeit t&sub4;, bei der die resultierende Antriebskraft F (Unterstützungskraft FA) Null wird, leichter und einfacher, die Geschwindigkeit v des Rollstuhles wird allmählich durch den Widerstand der Straßenoberfläche und die Belastung durch den Umkehrantrieb der Unterstützungskraftvorrichtung 40 allmählich vermindert, und der Rollstuhl 1 hält zu der Zeit t&sub5; an. Während die allmähliche Reduktionsgeschwindigkeit der Unterstützungskraft FA in diesem Ausführungsbeispiel in zwei Schritten verändert wird, kann sie in drei oder mehr Schritten entlang einer kontinuierlichen Linie verändert werden.
In dem in Fig. 23 gezeigten Beispiel wird die Unterstützungskraft FA allmählich mit ungefähr konstanter Geschwindigkeit von der Zeit t&sub3; bis t&sub4; vermindert und ungefähr bei FA0 nach der Zeit t&sub3; bis t&sub4; beibehalten, wenn der Rollstuhl 1 anhält. Mit anderen Worten, dV(t) wird relativ zu der Zeit, wie unten beschrieben, festgelegt.
Zeit t&sub1; - t&sub3;: dV(t) = konstant
Zeit t&sub4; - t&sub4;: dV(t) = 0
Der Wert FA0 der Unterstützungskraft FA, der ungefähr konstant aufrechterhalten wird, ist ein Betrag entsprechend eines Umkehrantriebes der Unterstützungskraftvorrichtung 40, und ein Strom entsprechend mit jenem Betrag fließt durch den Antriebsmotor 41 (bezieht sich auf die Fig. 4 und 5). Selbstverständlich kann die Unterstützungskraft FA allmählich entlang einer Kurve von der Zeit t&sub1; bis t&sub3; vermindert werden, oder dem Wert kann mit einem kleinen Gradienten FA0 verändert werden.
Wenn die Unterstützungskraft FA allmählich vermindert wird und auf einem speziellen Wert von FA0 aufrechterhalten wird, wird die Belastung durch den Umkehrantrieb der Unterstützungskraftvorrichtung 40 durch die Unterstützungskraft FA0 ausgeglichen und die Geschwindigkeit v des Rollstuhles 1 vermindert sich allmählich und wird zu der Zeit t&sub4; Null. Als ein Ergebnis wird ein Leerlaufgefühl erhalten, dasselbe wie jenes eines handbetätigten Rollstuhles 1, in dem keine Unterstützungskraftvorrichtung 40 vorgesehen ist, eine übermäßige Unterstützungskraft FA wird nicht erzeugt, Energie wird gespart, und die Reichweite des Rollstuhles wird erweitert.
In dem in Fig. 24 gezeigten Beispiel ist, um dieselbe Wirkung, wie oben beschrieben, zu erhalten, eine Kupplung vorgesehen und die Kupplung ist gleichzeitig mit dem Abschalten des Motorantriebes außer Eingriff, so dass die Umkehrantriebskraft von der Seite des Rades zu der Seite des Motors am Übertragenwerden gehindert wird.
Hier wird ein Beispiel in Bezug auf die Fig. 25 beschrieben, das eine elektromagnetische Kupplung verwendet. Ebenso kann eine mechanische Kupplung oder dergleichen verwendet werden.
Fig. 25 ist eine Querschnittsdarstellung des Motorbereichs der Unterstützungskraftvorrichtung. Wie gezeigt, ist eine elektromagnetische Kupplung 70 zwischen einen Antriebsmotor 80 und eine Riemenscheibe 90 zwischengesetzt und weist auf; einen Schieber 71, verschiebbar durch Federn über einer Abgangswelle 81 des Antriebsmotors 80 eingesetzt, eine Kupplungsplatte 73, mit einem Lager 72 frei gelagert, eine Plattenfeder 74, zwischen die Kupplungsplatte 73 und den Schieber 71 zwischengesetzt und zum Drücken des Schiebers 71 in eine Richtung von der Kupplungsplatte 73 weg, und eine Magnetspule 75.
Die Riemenscheibe 90 ist an dem Ende der Kupplungsplatte 73 durch eine Schraube 91 befestigt. Ein Antriebsriemen 93 wird zwischen der Riemenscheibe 90 und einer Riemenscheibe 92, verbunden mit einem Rad (nicht gezeigt) geführt.
Wenn die Menschenkraft FM eingegeben wird, ist die elektromagnetische Kupplung 70 in Eingriff, startet der Antriebsmotor 80, um anzutreiben, wobei die Drehung der Abgangswelle 81 des Antriebsmotors 80 durch die elektromagnetische Kupplung 70 auf die Riemenscheibe 90 übertragen wird, und außerdem übertragen auf den Antriebsriemen 93, die Riemenscheibe 92, durch eine Antriebskette (nicht gezeigt) auf das Rad, und/oder eine Unterstützungskraft FA wird auf das Rad gegeben.
Während die in dem Antriebsmotors 80 erzeugte Unterstützungskraft FA ihren Maximalwert FAmax, wie in Fig. 24 gezeigt, zu der Zeit t&sub1; erreicht, und sich dann allmählich vermindert, verbleibt die Kupplung 70 im Eingriff.
Nachdem, zu der Zeit t&sub3;, gezeigt in Fig. 24, wird der Antriebsmotor 80 abgeschaltet und angehalten, um die elektromagnetische Kupplung 70 außer Eingriff zu bringen. Demzufolge wird nach der Zeit t&sub3; die Unterstützungskraft FA nicht auf das Rad gegeben, und da die Kupplung 70 außer Eingriff ist und die Übertragung der Umkehrantriebskraft von dem Rad auf den Motor 80 abgeschaltet ist, bewegt sich der Rollstuhl 1 durch die Trägheitskraft vorwärts, ähnlich einem Rollstuhl ohne eine Unterstützungskraftvorrichtung, und seine Geschwindigkeit wird allmählich durch den Widerstand der Straßenoberfläche vermindert und hält nach der Zeit t&sub4; an.
Während oben spezielle Beispiele des Festlegens der dV(t) präsentiert sind, ist diese Erfindung nicht auf jene begrenzt, sondern ihre Kombinationen oder andere Merkmale können hinzugefügt werden.
Obwohl die obige Beschreibung insbesondere für die handbetätigten Rollstühle ist, kann diese Erfindung selbstverständlich auf andere Fahrzeuge, z. B. Fahrräder, Tretboote und dergleichen angewandt werden.
Wie aus der obigen Beschreibung klar ist, da die Unterstützungskraft angewendet gelassen wird, um die Antriebseinrichtung anzutreiben, selbst nachdem die auf die Antriebseinrichtung angewandte Menschenkraft entfernt ist, wird die Fahrentfernung für eine Anwendung der Menschenkraft länger und die Entfernung der Menschenkraftanwendung kann länger sein, was effektiv ist für das weitere Erleichtern der Last auf den Benutzer des Fahrzeuges.
Nach dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist es möglich, dem Fahrzeuglauf ein Trägheitsgefühl, ähnlich einem gewöhnlichen Fahrzeug, zu geben, und dem Fahrer wird kein Gefühl der Störung gegeben.
Außerdem wird ein Effekt erhalten, dass der Fahrer eine Menschenkraft in die entgegengesetzte Richtung auf die Antriebseinrichtung anwendet, während das Fahrzeug in einem Fahrzustand ist, wobei der Trägheitslauf des Fahrzeuges aufgehoben wird und das Fahrzeug schnell zu einem Halt gebracht werden kann.
Überdies wird ein Effekt erhalten, dass die Größe etc. der Menschenkraft nach dem Willen entsprechend der physischen Stärke des Fahrers oder der Fahrzeugfahrrichtung verändert werden kann, und der Fahrer kann mit den Notwendigkeiten flexibel klarkommen.

Claims

1. Energieunterstütztes Fahrzeug mit einem Menschenkraft- Antriebssystem (16; 7) zum Antreiben des Fahrzeuges mittels Menschenkraft, einem Hilfsantriebssystem (40) zum Antreiben des Fahrzeuges in Unterstützung der Menschenkraft, und einer Steuereinrichtung (50), um die Hilfsenergieabgabe des Hilfsantriebssystems (40) in Abhängigkeit von einer Größe der Menschenkraft, die auf das Menschenkraftantriebssystem (16; 7) einwirkt, zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) vorgesehen ist, um das Hilfsantriebssystem (40) zu steuern, um die Hilfsenergie kontinuierlich auf das Fahrzeug für eine Zeitdauer anzuwenden, unabhängig von der Existenz der Fahrzeuggeschwindigkeit, nachdem die Zuführung der Menschenkraft gestoppt ist.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) eine Reduktionseinrichtung (D&sub1;&sub1;, C&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;, R&sub1;&sub4;) aufweist, um die Hilfsenergie zu reduzieren, nachdem die Zuführung der Menschenkraft gestoppt ist.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionseinrichtung (D&sub1;&sub1;, C&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;, R&sub1;&sub4;) vorgesehen ist, die angewandte Hilfsenergie zu reduzieren, wenn die Menschenkraft ihren Maximalwert während eines Zyklus der Menschenkraftzuführung erreicht hat.

4. Fahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) vorgesehen ist, eine Reduktion der angewandten Hilfsenergie zu unterbrechen, wenn die Menschenkraft wieder angewandt wird und einen Wert übersteigt, der der momentanen Hilfsenergie in Übereinstimmung mit der Reduktion der angewandten Hilfsenergie entspricht und um die Hilfsenergie wieder in Übereinstimmung mit der Menschenkraft zu erhöhen.

5. Fahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Absolutwert der Hilfsenergie und/oder die Reduktionsrate variabel sind.

6. Fahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Hilfsenergie jeweils mit der Menschenkraft, um das Fahrzeug jeweils zu beschleunigen oder zu abzubremsen, übereinstimmt.

7. Fahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionseinrichtung einen Addierabschnitt (OP1) enthält, zum Aufsummieren des Momentanwertes der Hilfsenergie entsprechend eines Reduktionsprozesses, in Übereinstimmung mit der angewandten Menschenkraft während eines ersten Intervalls zum Vorwärtsbewegen des Fahrzeuges und des Wertes der Hilfsenergie in Übereinstimmung mit der Menschenkraft, angewandt während eines zweiten Intervalls, um das Fahrzeug zurück zu bewegen.

8. Fahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionseinrichtung vorgesehen ist, die Hilfsenergie ungefähr bei ihrem Maximalwert (FAMAX) für eine feststehende Dauer ab der Zeit (t&sub1;) beizubehalten, wenn die Hilfsenergie ihren Maximalwert erreicht und nach diesem Zeitraum, um die Hilfsenergie mit einer im wesentlichen konstanten Reduktionsrate zu reduzieren.

9. Fahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beziehung zum Bestimmen der Hilfsenergie zum Vorwärtsbewegen des Fahrzeuges in Abhängigkeit von der Menschenkraft verschieden ist von einer Beziehung zum Bestimmen der Hilfsenergie, um das Fahrzeug rückwärts zu bewegen.

10. Fahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsantriebssystem (40) ein Paar von unabhängigen Antriebsmotoren (41) enthält, um das rechte und das linke Rad (4) des Fahrzeuges unabhängig voneinander anzutreiben, und die Steuereinrichtung (50) ein Paar von Motorsteuereinrichtungen (52) enthält, um die Hilfsenergieabgabe von jedem der Antriebsmotoren (41) in Übereinstimmung mit der auf das jeweilige Rad (4) angewandte Menschenkraft zu steuern.

11. Fahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (50) mit einer ersten Erfassungseinrichtung (30) verbunden ist, um die auf das linke und rechte Rad (4) direkt angewandte Menschenkraft zu erfassen, und eine zweite Erfassungseinrichtung (34), um die auf die linke und rechte Seite (7, 7) einer Rahmenanordnung (2) des Fahrzeuges angewandte Menschenkraft zu erfassen.

12. Fahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein Kupplungssystem (46), das durch einen Fahrer des Fahrzeuges bedienbar ist und das in der Lage ist, die Antriebsräder (4) mit dem Hilfsantriebssystem (40) mechanisch zu verbinden oder von diesem zu lösen.

13. Verfahren zum Antreiben eines energieunterstützten Fahrzeuges, insbesondere eines Rollstuhles, mit einem Menschenkraftantriebssystem (40), wobei das Verfahren die Schritte aufweist von:

Anwenden von Menschenkraft auf das Fahrzeug in Intervallen, um das Fahrzeug anfänglich anzutreiben, und Anwenden der Hilfskraft, insbesondere Elektroenergie, auf das Fahrzeug, um das Fahrzeug in Unterstützung der Menschenkraft anzutreiben,

dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren außerdem den Schritt aufweist die Anwendung der Hilfsenergie auf das Fahrzeug ungeachtet einer Fahrzeuggeschwindigkeit für eine Zeitdauer fortzusetzen, nachdem die Zuführung der Menschenkraft gestoppt worden ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsenergie in Übereinstimmung mit einer Erhöhung in der Menschenkraftzuführung erhöht wird und, wenn ein Maximalwert erreicht ist, die Hilfsenergie allmählich in Übereinstimmung mit einer vorgeschriebenen Reduktionsrate reduziert wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsenergie in Übereinstimmung mit der Menschenkraft erhöht wird, wenn die Menschenkraft einen Wert übersteigt, der der momentanen Hilfsenergie in Übereinstimmung mit einem momentanen Reduktionsvorgang der auf das Fahrzeug während der Zeitdauer angewandt wird, entspricht.

16. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsenergie ungefähr bei ihrem Maximalwert (FAMAX) für eine feststehende Dauer gehalten wird, ab der Zeit (t&sub1;), wenn die Hilfsenergie ihren Maximalwert erreicht, und dass nach dem Zeitraum die Hilfsenergie mit einer im wesentlichen konstanten Reduktionskonstante allmählich von ihrem Maximalwert reduziert wird.