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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen energieunterstützten
Rollstuhl, der eine Unterstützungskraft-
Steuereinrichtung enthält,
welche vorgesehen ist, um die Unterstützungskraft zu steuern, deren
Betrag in Abhängigkeit
von der Handkraft bestimmt wird, welche auf zumindest eines der
beiden antreibenden Räder
einwirkt, sowie ein Verfahren zum Bedienen eines energieunterstützten Rollstuhls,
welcher eine Unterstützungskraft-
Steuereinrichtung enthält,
die dazu vorgesehen ist, die Unterstützungskraft zu steuern, deren
Betrag bestimmbar ist.
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Ein energieunterstützter Rollstuhl
wurde als Mittelweg zwischen dem handbetriebenen Rollstuhl und dem
durch einen Elektromotor betriebenen Rollstuhl vorgestellt, so zum
Beispiel in dem Dokument EP-A-0687454. Bei einem energieunterstützten Rollstuhl
wird der Betrag der Handkraft gemessen, die periodisch auf das linke
und/oder rechte Rad ausgeübt
wird, und der entsprechende Betrag der Unterstützungskraft im Verhältnis zum
gemessenen Betrag der Handkraft wirkt auf das linke und/oder rechte Rad
ein, um die physische Anstrengung eines gehbehinderten Nutzers oder
Fahrers zu verringern. Der Nutzer kann den Rollstuhl mit demselben
Gefühl
wie einen manuellen Rollstuhl bedienen, so dass die mentale Anstrengung
gelindert wird.
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Da die Unterstützungskraft im richtigen Verhältnis zur
Handkraft einwirkt, besteht bei einem wie oben beschriebenen energieunterstützten Rollstuhl die
Gefahr, dass die Geschwindigkeit zu hoch wird. Um ein solches Problem
zu vermeiden, entwickeln die Erfinder derzeit einen Aufbau, bei
welchem die zur Handkraft relative Unterstützungskraft verringert wird,
wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen spezifischen Wert übersteigt.
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Dementsprechend ist es ein Ziel der
vorliegenden Erfindung, einen wie oben dargestellten und energieunterstützten Rollstuhl
in verbesserter Form zur Verfügung
zu stellen, welcher für
einen Fahrer eines solchen Rollstuhls mit Hilfe einfacher technischer Mittel
das Vermeiden gefährlicher
Situationen erleichtert.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird
dieses Ziel für
einen wie oben dargestellten und energieunterstützten Rollstuhl erreicht, indem
die besagte Unterstützungskraft-
Steuereinrichtung dahingehend angepasst wird, dass diese den Betrag
an Unterstützungskraft
bei einer gegebenen Handkraft ändert,
wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit mindestens einen spezifischen vorher
festgelegten Wert erreicht oder übersteigt.
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Bei einem Aufbau, bei welchem einfach
die Unterstützungskraft
in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit verringert wird, besteht jedoch noch
immer die Gefahr, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit bei einer Fahrt
bergab zu hoch wird.
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Deshalb ist es von Vorteil, wenn
besagte Unterstützungskraft-
Steuereinrichtung dahingehend angepasst ist, dass diese den Betrag
der Unterstützungskraft
bei einer gegebenen Handkraft so ändert, dass die Unterstützungskraft
in dem Maße
verringert wird, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, wenn
die Fahrzeuggeschwindigkeit einen ersten vorher festgelegten Wert
V1 übersteigt.
Bei einem zweiten vorher festgelegten Wert V2 wird die Unterstützungskraft
nahezu Null, und sie nimmt einen negativen Wert an, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
einen dritten vorher festgelegten Wert V3 übersteigt, wobei V2 nicht größer als
V3 ist.
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In diesem Falle ist es von Vorteil,
wenn der besagte Rollstuhl mit einer Steuereinrichtung für die vorher
festgelegte Fahrzeuggeschwindigkeit ausgestattet ist, welche den
ersten bis dritten vorher festgelegten Wert V1 bis V3 entsprechend
der Werte, die mit dem Betrag der Handkraft übereinstimmen, jedes Mal festlegt,
wenn diese auf die antreibenden Räder einwirkt.
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Entsprechend einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die Steuereinrichtung für die vorher
festgelegte Fahrzeuggeschwindigkeit so angepasst, dass der erste bis
dritte vorher festgelegte Wert V1 bis V3 für eine Weile auf einem Niveau
gehalten werden, welches vor dem Ende der Zufuhr von Handkraft bestimmt wurde
und diese Werte danach im Laufe der Zeit verringert werden.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn
die besagte Unterstützungskraft-
Steuereinrichtung einen unempfindlichen Bereich einer Breite enthält, die
im richtigen Verhältnis
zum Grad der Behinderung eines Nutzers steht, wobei der besagte
unempfindliche Bereich auf der Basis des Betrags der gespeicherten angewandten
Handkraft automatisch oder manuell eingestellt werden kann.
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Weiterhin ist es ein Ziel der vorliegenden
Endung, ein verbessertes wie oben dargestelltes Verfahren zur Verfügung zu
stellen, mit Hilfe dessen jederzeit das Vermeiden gefährlicher
Situationen für
einen Fahrer gewährleistet
werden kann, der den besagten Rollstuhl nutzt.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird
dieses Ziel für
ein wie oben dargestelltes Verfahren erreicht, indem bei einer gegebenen
Handkraft der Betrag der Unterstützungskraft
durch die Unterstützungskraft-
Steuereinrichtung geändert
wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit mindestens einen spezifischen
vorher festgelegten Wert erreicht oder übersteigt.
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Bei dem Verfahren, einfach die Unterstützungskraft
in Abhängigkeit
von der Fahrzeuggeschwindigkeit zu verringern, besteht jedoch immer noch
die Gefahr, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit bei einer Fahrt bergab
zu hoch wird.
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Deshalb ist es von Vorteil, wenn
besagte Unterstützungskraft-
Steuereinrichtung den Betrag der Unterstützungskraft bei einer gegebenen
Handkraft so ändert,
dass die Unterstützungskraft
in dem Maße verringert
wird, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
einen ersten vorher festgelegten Wert V1 übersteigt. Bei einem zweiten
vorher festgelegten Wert V2 wird die Unterstützungskraft nahezu Null, und
sie nimmt einen negativen Wert an, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
einen dritten vorher festgelegten Wert V3 übersteigt, wobei V2 nicht größer als
V3 ist.
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Entsprechend einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist es von Vorteil, wenn eine Steuereinrichtung
für die vorher
festgelegte Fahrzeuggeschwindigkeit den ersten bis dritten Wert
entsprechend der Werte, die mit dem Betrag der Handkraft übereinstimmt,
jedes Mal einstellt, wenn diese auf die antreibenden Räder ausgeübt wird.
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In diesem Fall ist es weiterhin von
Vorteil, wenn die besagte Steuereinrichtung für die vorher festgelegte Fahrzeuggeschwindigkeit
den ersten bis dritten Wert V1 bis V3 während einer bestimmten Zeitdauer
nach dem Ende der Einwirkung von Handkraft auf einem Niveau hält, das
vor dem Ende der Einwirkung von Handkraft auf die antreibenden Räder festgelegt
wird, und danach diese Werte allmählich verringert.
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Entsprechend einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung enthält
die besagte Unterstützungskraft-
Steuereinrichtung einen unempfindlichen Bereich einer Breite, welche
im richtigen Verhältnis
zum Grad der Behinderung des Nutzers steht, und besagter unempfindlicher
Bereich auf der Basis des gespeicherten Betrags von angewandter
Handkraft automatisch oder manuell eingestellt wird.
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Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird ein energieunterstützter Rollstuhl so angepasst,
dass dieser mit einem Betrag an Unterstützungskraft betrieben wird, welcher
in Abhängigkeit
von der auf eines oder beide antreibendenden Räder einwirkenden Handkraft
bestimmt wird, wobei diese Handkraft auf die in Fahrtrichtung gesehen
linke oder rechte Seite des Fahrzeugs einwirkt und ist dadurch gekennzeichnet,
dass der Rollstuhl eine Unterstützungskraft-
Steuereinrichtung enthält,
welche den Betrag an Unterstützungskraft
bei einer gegebenen Handkraft so ändert, dass die Unterstützungskraft
in dem Maße
verringert wird, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit einen ersten vorher festgelegten Wert V1 übersteigt.
Bei einem vorher festgelegten Wert V2 wird sie nahezu Null und nimmt einen
negativen Wert an, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen dritten
vorher festgelegten Wert V3 übersteigt,
wobei V2 nicht größer als
V3 ist (V2 ≤ V3).
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Im folgenden wird bezüglich der
vorliegenden Erfindung der Fall eingeschlossen, in dem der zweite
vorher festgelegte Wert V2 der Fahrzeuggeschwindigkeit dem dritten
vorher festgelegten Wert V3 der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel
der Erfindung enthält
der Rollstuhl eine Steuereinrichtung für die vorher festgelegte Fahrzeuggeschwindigkeit,
welche den ersten bis dritten vorher festgelegten Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit
(V1 bis V3) anhand der Werte, die mit dem Betrag der angewandten
Handkraft übereinstimmen,
jedes Mal festlegt, wenn diese auf die antreibenden Räder einwirkt.
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In diesem Fall ist es von Vorteil,
wenn die Steuereinrichtung für
die vorher festgelegte Fahrzeuggeschwindigkeit den ersten bis dritten
vorher festgelegten Wert V1 bis V3 der Fahrzeuggeschwindigkeit während einer
bestimmten Zeitdauer nach dem Ende der Einwirkung von Handkraft
auf einem Niveau hält,
welches vor dem Ende der Einwirkung von Handkraft festgelegt wird,
und diese Werte danach allmählich
verringert.
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Weiterhin ist es möglich, dass
die Unterstützungskraft-
Steuereinrichtung den Betrag der Unterstützungskraft proportional zur
Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
unter einen vierten vorher festgelegten Wert V4 der Fahrzeuggeschwindigkeit
fällt, welcher
geringer ist als der erste vorher festgelegte Wert V1 der Fahrzeuggeschwindigkeit.
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Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung entspricht die Fahrzeuggeschwindigkeit
im wesentlichen der Geschwindigkeit des Schwerpunktes des Fahrzeugs, welche
aus der jeweiligen Drehzahl des linken und rechten Antriebsrades
resultiert.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
ist so aufgebaut, dass der Betrag an Unterstützungskraft bei einer gegebenen
Handkraft so geändert
wird, dass die Unterstützungskraft
in dem Maße
verringert wird, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, wenn
die Fahrzeuggeschwindigkeit einen ersten vorher festgelegten Wert
V1 überschreitet.
Bei einem zweiten vorher festgelegten Wert V2 der Fahrzeuggeschwindigkeit
ist sie nahezu Null, und nimmt einen negativen Wert an, wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit einen dritten vorher festgelegten Wert V3 übersteigt,
wobei V2 nicht größer als
V3 ist (V2 ≤ V3).
Daraus ergibt sich auf einer normalen steigungsfreien Straße, dass
die Fahrzeuggeschwindigkeit aufgrund der Anwendung von Unterstützungskraft
nicht exzessiv steigen kann. Da die Unterstützungskraft einen negativen
Wert annimmt beziehungsweise in eine Bremskraft umgewandelt wird, wenn
die Fahrzeuggeschwindigkeit den dritten vorher festgelegten Wert
V3 übersteigt,
kann auch bergab das Problem einer extremen Geschwindigkeit vermieden
werden.
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Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann jedes Mal, wenn Handkraft angewandt
wird, der erste bis dritte vorher festgelegte Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit
(V1 bis V3) entsprechend der Werte neu festgelegt werden, die dem
Betrag der jeweiligen Handkraft entsprechen. Wenn sich der Rollstuhl
zum Beispiel bergab bei dem zweiten vorher festgelegten Wert V2 der
Fahrzeuggeschwindigkeit bewegt und auf ein Rad (oder die Räder) Handkraft
angewandt wird um die Fahrtrichtung zu ändern, da einem Hindernis vor dem
Rollstuhl ausgewichen werden soll, dann wird der zweite vorher festgelegte
Wert V2 neu auf einen höheren
Wert festgelegt. Da die Unterstützungskraft nicht
sofort in einen negativen Wert gewandelt wird, oder in die regenerative
Bremsphase anstelle einer Erhöhung
der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit aufgrund der Anwendung von
Handkraft umgewandelt wird, kann dementsprechend die Unterstützungskraft,
welche dem Betrag an Handkraft entspricht, zugeführt werden, um ein Hindernis
tatsächlich
zu umfahren.
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Im Gegensatz dazu gilt, wenn der
jeweilige vorher festgelegte Wert V1 bis V3 der Fahrzeuggeschwindigkeit
fix ist, dann besteht die Gefahr, dass, wenn sich ein Rollstuhl
mit dem in Patentanspruch 1 beschriebenen Aufbau zum Beispiel bei
einer tatsächlichen
Fahrzeuggeschwindigkeit bergab bewegt, die nahe dem zuvor erwähnten zweiten
vorher festgelegten Wert V2 der Fahrzeuggeschwindigkeit liegt, und
auf das Rad oder die Räder
Handkraft angewandt wird um ein vor dem Rollstuhl auftauchendes Hindernis
zu umfahren, möglicherweise
aufgrund der Erhöhung
der tatsächlichen
Fahrzeuggeschwindigkeit in die regenerative Bremsphase der Unterstützungskraft
umgeschaltet wird. In solch einem Fall wäre der Betrag an Unterstützungskraft
unerwünscht und
eine höhere
Handkraft müsste
aufgewandt werden, um das Hindernis zu umfahren.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist so aufgebaut, dass der erste bis dritte vorher festgelegte
Wert V1 bis V3 für
eine bestimmte Zeitdauer nach dem Ende der Zufuhr von Handkraft
jeweils auf einem Niveau beibehalten wird, das vor dem Ende der
Zufuhr von Handkraft festgelegt wird, und diese Werte in der Folge
allmählich
verringert werden. Dementsprechend kann das Problem eines unmittelbaren
Ausbleibens der Unterstützungskraft
aufgrund der Übereinstimmung
der tatsächlichen
Fahrzeuggeschwindigkeit und des zweiten vorher festgelegten Wertes
V2, oder darüber
hinaus, dass aus dem Motoren- Antriebssystem umgekehrt eine Belastung
entsteht, die zu einem schlechten Bediengefühl aufgrund einer unmittelbaren Änderung der
tatsächlichen
Fahrzeuggeschwindigkeit, welche den zweiten vorher festgelegten
Wert V2 der Fahrzeuggeschwindigkeit übersteigt, also das Umschalten
in die regenerative Bremsphase selbst dann vermieden werden kann,
wenn die Anwendung von Handkraft beendet wird.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist so aufgebaut, dass die Unterstützungskraft in dem Maße erhöht wird,
in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
unterhalb eines vierten vorher festgelegten Wertes V4 der Fahrzeuggeschwindigkeit
liegt, welcher geringer ist als der erste vorher festgelegte Wert
V1 der Fahrzeuggeschwindigkeit. Daraus ergibt sich, dass die Unterstützungskraft
ansteigt, wenn zum Beispiel die Fahrzeuggeschwindigkeit bergauf
unterhalb des vierten vorher festgelegten Wertes V4 der Fahrzeuggeschwindigkeit
liegt, so dass sich der Rollstuhl bei fehlender Einwirkung von Handkraft
auf das Rad oder die Räder
nicht rückwärts bewegen
kann.
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Da ein weiteres Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung so aufgebaut ist, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit
im wesentlichen mit der Geschwindigkeit des Schwerpunkt übereinstimmt,
welche sich aus der jeweiligen Drehzahl des linken und rechten Rades
ergibt, kann das Problem vermieden werden, dass sich der Rollstuhl
aufgrund der Zufuhr von Unterstützungskraft
extrem schnell dreht.
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Andere bevorzugte Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung sind in den weiteren abhängigen Patentansprüchen dargelegt.
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Im folgenden wird die vorliegende
Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen und in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben, wobei:
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1 eine
Seitenansicht eines energieunterstützten Rollstuhls ist;
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2 eine
Draufsicht auf diesen Rollstuhl ist;
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3 eine
Rückansicht
dieses Rollstuhls ist;
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4 eine
axiale Ansicht des Radnaben- Abschnitts des Rollstuhls ist, wobei
die Abdeckung entfernt wurde;
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5 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie V-V aus 4 ist;
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6 eine
axiale Ansicht eines Dynamotor- Abschnitts des Rollstuhls ist;
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7 eine
Querschnittsansicht des Dynamotor- Abschnitts des Rollstuhls ist;
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8 eine
Seitenansicht des Dynamotor- Abschnitts des Rollstuhls ist;
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9 eine
perspektivische Ansicht des Dynamotor- Abschnitts des Rollstuhls
ist;
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10 ein
Systemaufbau ist, der den Steuervorgang der Unterstützungskraft
für den
Rollstuhl zeigt;
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11 ein
Kennliniendiagramm der Handkraft und dem ausgegebenen Drehmoment
ist;
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12 ein
Kennliniendiagramm ist, das die zeitliche Änderung des oberen Grenzwertes
der Spannung während
des Steuerungsvorgangs zeigt;
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13 ein
Kennliniendiagramm der Fahrzeuggeschwindigkeit zum Drehmoment des
Motors während
des Steuerungsvorgangs ist;
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14 ein
Systemaufbau ist, der den Steuerungsvorgang eines zweiten Ausführungsbeispiels der
Unterstützungskraft
für den
Rollstuhl zeigt;
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15 ein
Systemaufbau ist, der den Steuerungsvorgang eines dritten Ausführungsbeispiels
der Unterstützungskraft
für den
Rollstuhl zeigt; und
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16 ein
Kennliniendiagramm der Fahrzeuggeschwindigkeit zum Drehmoment des
Motors während
des Steuerungsvorgangs des dritten Ausführungsbeispiels ist.
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Im folgenden werden nun die Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung anhand der angehängten Zeichnungen beschrieben.
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Die 1 bis 13 sind Zeichnungen, welche ein
erstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschreiben. 1 ist eine Seitenansicht eines energieunterstützten Rollstuhls. 2 ist eine Draufsicht auf
diesen Rollstuhl. 3 ist
eine Rückansicht
dieses Rollstuhls. 4 ist
eine axiale Ansicht des Radnaben- Abschnitts des Rollstuhls, wobei
die Abdeckung entfernt wurde. 5 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V aus 4. Die 6 bis 9 sind Zeichnungen, die einen
Dynamotor darstellen. 10 zeigt
einen Systemaufbau einer Unterstützungskraft-Steuereinrichtung.
Die 1 bis 13 sind Kennliniendiagramme, die den Steuerungsvorgang
beschreiben.
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Der energieunterstützte Rollstuhl 1 dieses Ausführungsbeispiels
wird gefertigt, indem ein Unterstützungskraft- System zu einem
bestehenden handbetriebenen Rollstuhl vom Klapptyp hinzugefügt wird. Der
Rollstuhl 1 enthält
linke und rechte Räder
oder Antriebsräder,
welche entfernbar an der linken und rechten Seite des Fahrzeugkörpers angebracht
sind. Vordere und hintere Teile des Rohrrahmens 3 des Fahrzeugkörpers sind
mit jeweils einem Paar rechten und linken Fußrollen 4 und Rädern 2 ausgestattet, um
freies Rollen zu ermöglichen.
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Ein Sitz 5 (siehe auch die 2 und 3),
der aus Tuch besteht, auf welchem der Fahrer sitzen kann, ist in
der Mitte des Rahmens 3 gespannt. Wie in 3 dargestellt, weist der Rahmen 3 ein
Paar vordere und hintere Querträger 3a auf.
Die X-förmigen
Querträger 3a werden
an ihrem Schnittpunkt mit Hilfe einer Achse 6 geschwenkt.
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Ein Paar linke und rechte Griffträger 3b stehen
vom hinteren Teil des Rahmens 3 ab. Die oberen Enden der
Griffträger 3b sind
nach hinten gebogen und mit Griffen 7 für eine Pflegeperson ausgestattet.
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Ein Paar linke und rechte Armstützen 3c führen von
der mittleren Höhe
der Griffträger 3b des Rahmens 3 horizontal
in den vorderen Teil des Fahrzeugkörpers und sind dann im wesentlichen
im rechten Winkel nach unten gebogen, wobei deren Enden mit Fußrollen 4 ausgestattet
sind, um freies Rollen zu ermöglichen.
Ein Hauptschalter 8 ist im oberen Teil des vertikal gebogenen
Abschnitts der rechten Armstütze 3c (aus
der Sicht des sitzenden Nutzers gesehen) angebracht. Die vorderen
Enden des Paares von rechten und linken Sitzrohren 3d,
die sich unter den Armstützen 3c befinden,
sind schräg
nach unten geneigt, wobei deren geneigte Enden (die vorderen Enden)
mit einem Paar linker und rechter Fußtritten 9 ausgestattet
sind.
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Jedes der Räder 2 ist mit einer
Handfelgen- Baugruppe 70 ausgestattet, um dem Nutzer die
Anwendung von Rotationskraft (Handkraft) zu ermöglichen, sowie mit einer Antriebsbaugruppe 20 für die Ausgabe
der Motor- Antriebskraft (Unterstützungskraft) entsprechend der
mit Hilfe der Handfelgen- Baugruppe 70 eingegeben Handkraft.
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Eine Nabenaufnahme 11 ist
an jedem Radmittelpunkt mit dem Rahmen 3 verschraubt und durch
eine Mutter 22a gesichert. Eine Radachse 22 ist
axial mittig in die Nabenaufnahme 11 eingesetzt. Die Radachse 22 ist
von hohler Gestalt, und in deren Mitte ist eine Achse 23 eingesetzt,
welche axial beweglich ist. Beide Endabschnitte der Achse 23 sind jeweils
mit Kopfstücken 23a und 23b gefertigt,
deren Kopf einen größeren Durchmesser
aufweist, als der Rest der Achse. Eine Spiralfeder 24 befindet
sich innerhalb des rechten Kopfstücks 23a, um die Achse 23 relativ
zur Radachse 22 nach rechts zu drücken. Eine Vielzahl von Kugeln 25 wird
so auf der Radachse 22 gehalten, dass sie nicht herausfallen,
jedoch in radialer Richtung beweglich sind. Die Kugeln 25 werden
radial nach außen
gedrückt,
wobei der Abschnitt des Kopfstücks 23a mit
dem größeren Durchmesser geringfügig über den äußeren Rand
der Achse übersteht,
so dass sich die Radachse 22 nicht von der Nabenaufnahme 11 lösen kann.
Außerdem
kann die Radachse 22 nach links aus der Nabenaufnahme 11 herausgezogen
werden, wie in 2 zu
sehen, indem die Achse 23 relativ zur Radachse 22 nach
links bewegt wird, so dass der Abschnitt des Kopfstücks 23a mit
dem geringeren Durchmesser sich zur Position der Kugeln 25 bewegt
und sich die Kugeln nach innen bewegen können.
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Die Radachse 22 durchzieht
und stützt
den Mittelpunkt einer Spannplatte 30, welche eine im Wesentlichen
zylindrische Form und einen Boden sowie eine Drehstopp-Einrichtung (nicht
gezeigt) aufweist, welche mit dem Rahmen 3 verbunden ist,
um zu verhindern, dass sich die Spannplatte 30 dreht.
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Außerdem wird die Radachse 22 durch
ein Lager 51 gehalten und in die Lage versetzt, sich frei zu
drehen. Die Radachse hält
wiederum eine Nabe 50, welche eine im Wesentlichen zylindrische
Form aufweist und deren Unterseite als drehbares Seitenteil dient.
Ein Innenzahnrad 52 ist an der Innenseite der Nabe 50 befestigt.
Das Innenzahnrad 52 greift in ein Zwischenzahnrad 36a ein,
welches einstöckig
mit der Verbindungsachse 36 gebildet wird, welche drehbar
am Boden der Spannplatte 30 befestigt ist, die als feststehendes
Seitenteil fungiert. Die Verbindungsachse 36 wird durch
einen Antriebsmotor 31 (siehe auch 3) in Rotation versetzt, welcher mit
der Spannplatte 30 durch eine Riemenscheibe 33 verbunden
ist, welche durch die Verbindungsachse 36 und einen Riemen
gehalten wird. Daraus folgt die Drehung der Nabe 50. Der
Motor 31 ist ein Gleichstrommotor vom Permanentmagnet-
Typ.
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An der Nabe 50 ist die Handfelgen-
Baugruppe 70 befestigt, die sich in einem bestimmten Winkel relativ
zur Nabe 50 dreht. Die Handfelgen- Baugruppe 70 dient
der Übertragung
der Drehkraft, welche durch den Nutzer auf die Handfelge 13 ausgeübt wird,
zur Nabe 50 und der Messung des angewandten Drehmoments.
Im folgenden wird nun der Mechanismus zur Übertragung dieses durch den
Nutzer ausgeübten
Drehmoments beschrieben.
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Die 4 und 5 zeigen eine Scheibe 71 als zentralen
Teil der Handfelgen-Baugruppe 70.
Die Scheibe 71 enthält
einen inneren Ringabschnitt 71a und einen äußeren Ringabschnitt 71b,
welche durch drei Speichenabschnitte 71c miteinander verbunden sind,
sowie durch drei Speichenrohre 15 an der Handfelge 13 befestigt
sind. Außerdem
ist die Scheibe 71 für
eine relative Drehung am Nabenaufnahmeabschnitt 50a der
Nabe 50 mit Hilfe einer Muffe 55 befestigt.
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Ein Potentiometer 72 befindet
sich zwischen den Speichenabschnitten 71c und 71c und
ist an der Außenseite
des Bodenabschnitts 50b der Nabe 50 befestigt,
so dass seine radiale Position einstellbar ist. Die Antriebswelle 72a des
Potentiometers 72 ragt zur Innenseite des Bodenabschnitts 50b.
Ein Hebel 73, welcher ein Langloch 73a aufweist,
ist mit dem herausragenden Abschnitt der Antriebswelle 72a verbunden.
Ein Stift 53, welcher an der Scheibe 71 befestigt
ist, ist in das Langloch 73a des Hebels 73 eingesetzt.
Wenn sich der relative Winkel zwischen der Nabe 50 und
der Handfelgen-Baugruppe 70 gegenüber einer
Referenzposition verändert,
dreht sich bei einem solchen Aufbau die Antriebswelle 72a des
Potentiometers 72, wobei sich dessen Impedanz in Abhängigkeit
vom relativen Winkel ändert.
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Eine Federführung 54 befindet
sich in einer rechteckigen Öffnung 71d,
welche sich im Speichenabschnitt 71c befindet, und ist
am Bodenabschnitt 50b der Nabe 50 angeschraubt.
Ein Gleitschieber 57 und eine Spiralfeder 56,
deren beide Enden durch die Federführung 54 und den Bodenabschnitt 50b festgelegt
werden, sind in der Federführung 54 untergebracht.
Beide Enden der Spiralfeder 56 stehen mit den Innenkanten
der rechteckigen Öffnung 71d des Speichenabschnitts 71c durch
Gleitschieber 57 in Kontakt. Wenn sich die Handfelgen-
Baugruppe 70 relativ zum Rad 2 dreht, wird bei
einem solchen Aufbau der relative Drehwinkel mit Hilfe einer Handkraft- Messeinrichtung
gemessen, die später
noch beschrieben wird.
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Ein Dämpfer 58, der aus
Plastik besteht, dient dazu, ein Klappern zwischen der Nabe 50 und der
Scheibe 71 zu verhindern. Der Dämpfer 58 ist in einer
Vertiefung 54a befestigt, welche sich in der Federführung 54 befindet
und liegt dem äußeren Ringabschnitt 71b der
Scheibe 71 gegenüber.
Wenn eine Schraube 58a eingeschraubt wird, dann kommt der
Dämpfer 58 in
gleitenden Kontakt mit dem äußeren Ringabschnitt 71b,
um ein Klappern zwischen der Nabe 50 und der Scheibe 71 zu
verhindern. 5 zeigt
eine Abdeckung 71e zum Abdecken des Potentiometers 72 und
anderer Teile. In 4 wurde
die Abdeckung 71e entfernt.
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Die Ziffer 100 bezeichnet
eine Steuereinrichtung, die sich auf der Innenseite des Bodenabschnitts 30b der
Spannplatte 30 befindet, die jedoch später beschrieben wird.
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Im folgenden wird nun die Handkraft-
Messeinrichtung beschrieben.
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Ein Differential- Dynamotor 80 enthält: einen äußeren Transformator 81,
der an dem Nabenaufnahmeabschnitt 30a in der Mitte der
Spannplatte 30 befestigt ist, sowie einen inneren Transformator 82, der
mit dem Nabenaufnahmeabschnitt 50a der Nabe 50 verbunden
ist.
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Der äußere Transformator 81 enthält einen zylindrischen
Spulenkörper 83,
der aus einem nichtmagnetischen, isolierenden Kunststoff besteht,
wobei dessen äußere zylindrische
Oberfläche
mit zwei Windungsaussparungen 83a und 83b versehen
ist, in die primäre
Spulen 84a und 84b gewunden sind.
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Der innere Transformator 82 enthält einen zylindrischen
Kern 85, der aus einem magnetischen Material besteht (einem
metallischen Material, wie zum Beispiel Weichstahl), wobei dessen äußere zylindrische
Oberfläche
mit zwei Windungsaussparungen 85a und 85b versehen
ist, in die sekundäre
Spulen 89a und 89b gewunden sind.
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Die Ziffern 86b und 87b bezeichnen
Schlitze, die sich in den Spulenkörpern 86 und 87 befinden. Die
Ziffer 90 bezeichnet eine Anschlussklemme. Die Enden 89a' und 89b' der sekundären Spulen 89a und 89b werden
durch die Schlitze 86b und 87b nach außen geführt und
um die Anschlussklemmen 90 gewunden.
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Dabei ist der äußere Transformator 81 nicht mit
einem Kern aus einem magnetischen Material ausgestattet, was dazu
dient, externe Magnetfelder abzuschirmen. Es ist deshalb empfehlenswert,
diesen so anzuordnen, dass ein magnetisches Ungleichgewicht aufgrund
von externen metallischen Teilen eingeschränkt wird. Um den magnetischen
Abstand zwischen der primären
Spule 84a zum Bodenabschnitt 50b der Nabe 50 (Abstand
in Bezug auf den magnetischen Einfluss) sowie den magnetischen Abstand
zwischen der primären
Spule 84b zum Bodenabschnitt 30b der Spannplatte 30 so
identisch wie möglich
zu gestalten, wird in diesem Ausführungsbeispiel die Mittellinie
D der Breite des äußeren Transformators 81 um
ein Maß C
in Richtung der Spannplatte 30 relativ zur Mittellinie
B der Radbreite versetzt.
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In anderen Worten wird im Allgemeinen
die Mittellinie D der Breite des äußeren Transformators 81 so
festgesetzt, dass sie mit der Mittellinie B der Breite des Rades übereinstimmt.
Solch ein Aufbau erhöht
jedoch unerwünscht
den Unterschied zwischen dem Abstand der primären Spule 84a zum
Bodenabschnitt 50b der Nabe 50 und dem Abstand
der primären
Spule 84b zum Bodenabschnitt 30b der Spannplatte 30.
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Der jeweilige Betrag der Handkraft
für das linke
und das rechte Rad wird mit dem linken und rechten Potentiometer 72 und 72 gemessen,
durch den linken und rechten Dynamotor 80 und 80 in
die Steuereinheit 100 eingegeben, welche ihrerseits dann
die Energieabgabe an die Motoren 31 entsprechend der angegebenen
Verfahrensweise steuert, so dass eine der Handkraft entsprechende
Unterstützungskraft
erreicht wird.
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Im folgenden wird nun die Funktionsweise der
Steuerung der Unterstützungskraft
anhand der 10 bis 13 beschrieben.
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Dabei zeigt 10 den Steuerungsvorgang für das linke
Rad 2. Die Unterstützungskraft-
Steuerung des Gerätes
in diesem Ausführungsbeispiel
ist vom Drehmomentsteuertyp oder vom Stromsteuertyp, wobei die Unterstützungskraft
vom Motor entsprechend der Kennlinie der Dauerspannung gesteuert
wird, indem eine Obergrenze für
das Leistungsverhältnis
im Strom- Steuerkreis festgelegt wird. Es muss erwähnt werden,
dass die Kennlinie der Dauerspannung für den Motor ein negatives Gefälle relativ zur
Umdrehungszahl aufweist.
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Zuerst wird mit Hilfe eines Elements 101 zum Festlegen
der Breite des unempfindlichen Bereichs eine Breite des unempfindlichen
Bereichs entsprechend dem Grad der Behinderung des Nutzers automatisch
festgelegt. Dies geschieht auf der Basis der gespeicherten Beträge FL und
FR (Eingaben) der Handkraft, die auf die Handfelgen 13 und 13 des
linken und rechten Rades 2 und 2 angewandt wurde. Das
Element 101 ist außerdem
so aufgebaut, dass auch ein manuelles Einstellen möglich ist.
Es muss erwähnt
werden, dass der Begriff „Breite
des unempfindlichen Bereichs" sich
auf den Bereich des Betrages an Handkraft bezieht, der nicht zu
einer Ausgabe von Unterstützungskraft
führt.
Es wird hauptsächlich beabsichtigt,
eine Abweichung der Empfindlichkeit der Handkraft- Messeinrichtung
zu verhindern.
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Wie in 11 dargestellt,
wird in diesem Ausführungsbeispiel
eine Unterstützungskraft-
Bereitschaftszeit- Bereichsbreite N1 für eine bestimmte Zeitdauer
festgelegt, da der unempfindliche Bereich mit Hilfe des Elements 101 zum
Festlegen der Breite des unempfindlichen Bereichs in dem Moment
festgelegt wird, in dem sich der elektrische Strom einschaltet oder
wenn für
eine bestimmte Zeitdauer keine Handkraft zugeführt wird. Sobald die Zufuhr
von Handkraft die Unterstützungskraft-
Bereitschaftszeit-Bereichsbreite
N1 übersteigt,
wird eine kleinere Unterstützungskraft-
Zufuhrzeit-Bereichsbreite
N2 festgelegt. Der Grund für
das Einstellen der Unterstützungskraft-Bereitschaftszeit-
Bereichsbreite N1 auf einen hohen Wert liegt in der Notwendigkeit,
die Absicht des Nutzers zu bestätigen,
Unterstützungskraft
zuzuführen
und um zu vermeiden, dass Unterstützungskraft zufällig zugeführt wird.
Sobald eine Handkraft angewandt wird, welche die Unterstützungskraft-
Bereitschaftszeit- Bereichsbreite N1 übersteigt, wird die Unterstützungskraft-
Zufuhrzeit- Bereichsbreite N2 festgelegt. Der Sinn für das Einstellen
der Unterstützungskraft-
Zufuhrzeit- Bereichsbreite N2 auf einen geringen Wert liegt darin,
eine gleichmäßige Unterstützungskraftzufuhr
zu gewährleisten.
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Es muss erwähnt werden, dass die Art und Weise
des Einstellens des unempfindlichen Bereichs nicht auf zwei Arten
beschränkt
ist, sondern aus einer Vielzahl von Möglichkeiten gewählt werden
kann. Es ist ebenfalls möglich,
einen Umschalter, einen Reglerknopf, etc. für den Nutzer einzufügen, damit
dieser die Größe der Bereiche
manuell ändern
kann.
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Im Verarbeitungselement 102 für den unempfindlichen
Bereich ist ein unempfindlicher Bereich entsprechend des Eingabesignals
FL gegeben und wird mit einem Verstärkungsverhältnis KL (siehe auch 11) multipliziert, welches
in Abhängigkeit vom
Grad der Behinderung des Nutzers festgelegt wird (103).
Auf der Basis des Produkts von FL und KL ermittelt ein Element 104 zum
Festlegen der Drehungs-Komponenten
ein Drehmoment iL als einen Bestandteil, der eine Drehung verursacht.
Dabei kann sich das jeweilige Verstärkungsverhältnis KL für das rechte und linke Rad
voneinander unterscheiden, je nach dem Unterschied der Muskelkraft
im linken und rechten Arm des Nutzers.
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Mit Hilfe eines Elements 105 zum
Festlegen der Schwerkraft- Komponente wird ein Schwerpunkt- Drehmoment
iG als eine Komponente ermittelt, die eine Bewegung geradeaus verursacht
und auf einer resultierenden Kraft (FL·KL + FR·KR) basiert, welche auf bestimmten
Verstärkungsverhältnissen
der linken Handkraft FL und der rechten Handkraft FR basiert.
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Indem das Drehmoment iL und das Schwerpunkt-
Drehmoment iG addiert werden, erhält man ein Ziel- Drehmoment
iR. Mit Hilfe eines Strombegrenzers 106 wird ein Ziel-Stromwert iREF ermittelt, welcher
für den
Motor 31 notwendig ist, um das Ziel- Drehmoment iR zu erzeugen.
Auf der Basis der Differenz zwischen dem Zielwert iREF und dem tatsächlich fließenden Strom
iFB, welcher mit einem Stromsensor 110 gemessen wird, wird
ein Kompensationsbetrag mit Hilfe eines PID- Steuerkreises 107 ermittelt.
Ein Leistungsbegrenzer 108 führt eine Spannungskontrolle
durch, die später
noch beschrie ben wird, wonach ein bestimmtes Leistungsverhältnis ausgegeben
wird. Ein bipolarer Stromverstärker 109 wandelt
ein Steuersignal (Leistungsverhältnis)
in einen tatsächlichen
Strom um. Auf diese Weise wird der Unterstützungsstrom in den Motor 31 geleitet.
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Während
der Unterstützungsstrom
in Abhängigkeit
vom Betrag der Handkraft ermittelt wird, nimmt der Strom nicht unmittelbar
den Wert Null an, wenn die Zufuhr von Handkraft endet, sondern bleibt für eine bestimmte
Zeitdauer (zum Beispiel t1) unverändert und nimmt danach allmählich ab.
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In diesem Ausführungsbeispiel legen ferner ein
Element 111 zum Festlegen einer Obergrenze der Spannung
sowie ein Element 112 zum Festlegen einer Untergrenze der
Spannung eine Obergrenze E1 der Spannung und eine Untergrenze E2
der Spannung fest. Die Spannung, die mit Hilfe des Leistungsverhältnisses
aus dem Leistungsbegrenzer 108 ermittelt wird, wird innerhalb
der Obergrenze E1 der Spannung und der Untergrenze E2 der Spannung festgelegt
und dann ausgegeben. Auf diese Weise wird die Drehzahl des Motors 31 oder
die Fahrzeuggeschwindigkeit mit Hilfe der nach oben und nach unten
begrenzten Spannung limitiert.
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Bei jeder Anwendung von Handkraft
werden die Obergrenze E1 der Spannung und die Untergrenze E2 der
Spannung, oder V1 und V2, jeweils neu auf einen höheren Wert
festgelegt, wenn die Summe der Beträge der Handkraft FL und FR
größer ist
(siehe auch 13a), beziehungsweise
umgekehrt (siehe 13b). 13 gibt an, dass die Obergrenze E1 der
Spannung und die Untergrenze E2 der Spannung die Drehzahl des Motors
oder die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmen und dass der Zielstrom iREF
das Drehmoment des Motors bestimmt.
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Bei jeder Anwendung von Handkraft
werden die Obergrenze E1 der Spannung und die Untergrenze E2 der
Spannung, oder V1 und V2, in Abhängigkeit
von den Beträgen
der Handkraft neu auf bestimmte Werte festgelegt (zum Beispiel die
in 13a dargestellten Werte). Wie in 12 gezeigt, werden diese
Werte danach für
eine bestimmte Zeitdauer t1 nach dem Ende der Zufuhr von Handkraft auf
dem Niveau der Werte (der Werte, die in 13a dargestellt
sind) gehalten, die vor dem Ende der Zufuhr von Handkraft festgelegt
wurden und danach allmählich
bis auf den Wert verringert, der zum Beispiel in 13b dargestellt
ist. Dieser Ablauf wird bei jeder Anwendung von Handkraft wiederholt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich daraus
folgende Änderung
der Ausgabe von Unterstützungskraft
von dem Motor 31: In dem Zustand der tatsächlichen
Fahrzeuggeschwindigkeit in einer Vorwärtsbewegung vom vierten vorher
festgelegten Wert V4 der Fahrzeuggeschwindigkeit zum ersten vorher
festgelegten Wert V1 der Fahrzeuggeschwindigkeit wird der Strom
für die
Unterstützungskraft
auf dem Niveau des Ziel- Stromwertes
iREF gehalten. Wenn die tatsächliche
Fahrzeuggeschwindigkeit den ersten vorher festgelegten Wert V1 der
Fahrzeuggeschwindigkeit übersteigt,
wird der Strom allmählich
in dem Maß verringert,
in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt und nimmt auf dem Niveau
des zweiten vorher festgelegten Wertes V2 der Fahrzeuggeschwindigkeit
nahezu Null an. Wenn die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit
weiterhin den zweiten vorher festgelegten Wert V2 übersteigt,
dann dient der Motor 31 als Bremse.
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Außerdem wird die Unterstützungskraft- Ausgabe
von dem Motor 31 in dem Maße erhöht, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit
abnimmt, wenn die tatsächliche
Fahrzeuggeschwindigkeit bei einer Vorwärtsbewegung unter den vierten
vorher festgelegten Wert V4 der Fahrzeuggeschwindigkeit fällt. Das
bedeutet, dass selbst wenn zum Beispiel die Zufuhr von Handkraft
endet, während
die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit
einen Wert unter V4 aufweist, die Unterstützungskraft für die Zeitdauer
t1 erhöht
wird, um die tatsächliche
Fahrzeuggeschwindigkeit bei V4 zu halten. Danach nimmt die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit
allmählich
ab.
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Wie zuvor beschrieben, wird in diesem
Ausführungsbeispiel
der unempfindliche Bereich in zwei Schritten erzeugt. Er wird als
die Unterstützungskraft-
Bereitschaftszeit-Bereichsbreite
N1 zu dem Zeitpunkt erzeugt, wenn der elektrische Strom eingeschaltet
wird oder wenn für
eine bestimmte Zeitdauer keine Handkraft zugeführt wird. Sobald die Handkraft die
Unterstützungskraft-
Bereitschaftszeit- Bereichsbreite N1 übersteigt, wird der unempfindliche
Bereich als Unterstützungskraft-
Zufuhrzeit- Bereichsbreite N2 erzeugt, wobei N1 > N2. Daraus ergibt sich, dass zu dem Zeitpunkt,
in dem der elektrische Strom eingeschaltet wird, die Zufuhr von
Unterstützungskraft nur
dann beginnt, wenn eine Handkraft angewandt wird, die oberhalb des
relativ hoch gewählten
Wertes N1 liegt, so dass die Absicht des Nutzers, dass Unterstützungskraft
erwünscht
ist, bestätigt
wird und eine zufällige
Erzeugung von Unterstützungskraft vermieden
wird.
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Sobald eine Handkraft angewandt wird,
die oberhalb der Unterstützungskraft-
Bereitschaftszeit- Bereichsbreite N1 liegt, wird die Unterstützungskraft- Zufuhrzeit-
Bereichsbreite N2 festgelegt. Da der Wert N2 auf ein geringes Niveau
eingestellt wird, kann eine gleichmäßige Unterstützungskraftzufuhr
in Abhängigkeit
von der gespeicherten Anwendung von Handkraft durchgeführt werden.
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Es ist ebenfalls möglich, den
Aufbau so zu wählen,
dass der unempfindliche Bereich durch den Nutzer unter Verwendung
eines externen Schalters, Reglerknopfs, etc. eingestellt werden
kann. Auf diese Weise kann der unempfindliche Bereich entsprechend
dem Grad der Behinderung des Nutzers festgelegt werden, um die Zufuhr
von Unterstützungskraft
reibungsloser zu beginnen, was einen weiteren Vorteil darstellt.
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Da dieses Ausführungsbeispiel so aufgebaut ist,
dass jedes Mal, wenn Handkraft angewandt wird, die Obergrenze E1
der Spannung, die dem Motor 31 zugeführt wird, neu auf den Wert
festgelegt wird, der mit dem Betrag an Handkraft übereinstimmt,
wird außerdem
die Fahrzeuggeschwindigkeit durch die Obergrenze E1 der Spannung
begrenzt, so dass das Problem einer extremen Geschwindigkeit vermieden werden
kann. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit den zweiten vorher festgelegten
Wert V2 der Fahrzeuggeschwindigkeit übersteigt, wirkt der Motor
als Bremse, so dass das Problem der extremen Geschwindigkeit bergab
vermieden werden kann.
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Der Zielstrom iREF und die Obergrenze
E1 der Spannung werden so gesteuert, dass sie für eine bestimmte Zeitdauer
t1 nach dem Ende der Zufuhr von Handkraft F auf einem Niveau gehalten
werden, das vor dem Ende der Zufuhr von Handkraft festgelegt wurde,
und danach allmählich
abnehmen. Daraus ergibt sich, dass Probleme, wie zum Beispiel, dass
der Motor als Bremse wirkt, wenn das Fahrzeug während einer Pause der Zufuhr
von Handkraft leer läuft,
oder zum Beispiel plötzliches
Abbremsen bergauf nach dem Ende der Zufuhr von Handkraft vermieden
werden können.
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Dieses Ausführungsbeispiel ist so aufgebaut,
dass die Unterstützungskraft
in dem Maße
erhöht,
in dem die tatsächliche
Fahrzeuggeschwindigkeit fällt,
wenn die tatsächliche
Fahrzeuggeschwindigkeit unter den vierten vorher festgelegten Wert
V4 der Fahrzeuggeschwindigkeit fällt.
Daraus ergibt sich die Möglichkeit,
ein Zurückrollen
des Rollstuhls zu verhindern, und den Rollstuhl bei einer Fahrt
bergauf während
einer Pause der Zufuhr von Handkraft zu halten, wenn V4 auf Null
festgelegt ist. Auf diese Weise ist es dem Fahrer möglich, die
Griffposition auf der Handfelge ohne Eile zu ändern und die Zufuhr von Handkraft
fortzusetzen. Dies erhöht
die Einfachheit der Handhabung. Es muss erwähnt werden, dass die Dauer
der Haltezeit in solch einem Fall von der Einstellung der Haltezeit
t1 der Obergrenze der Spannung abhängt. Nach dieser Haltezeit
nimmt der Betrag an Unterstützungskraft
allmählich
ab.
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Das zuvor beschriebene erste Ausführungsbeispiel
ist so aufgebaut, dass der Betrag an Unterstützungskraft durch das Begrenzen
der Obergrenze E1 der Spannung und der Untergrenze E2 der Spannung
begrenzt wird. Daraus ergibt sich eine Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Es ist jedoch bei jeder Zufuhr von Handkraft ebenfalls möglich, die
obere und untere Grenze der Geschwindigkeit 1 und 2 in Abhängigkeit
von der Größe der Handkraft
festzulegen und die Fahrzeuggeschwindigkeit in Abhängigkeit
der Differenz zwischen einer gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit
und der oberen und unteren Grenze der Geschwindigkeit zu steuern.
Solch ein Aufbau ist in 14 als
zweites Ausführungsbeispiel dargestellt.
In 14 bezeichnen dieselben
Ziffern dieselben oder ähnliche
Teile wie jene in 10.
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In diesem Ausführungsbeispiel legen ein Element 211 zum
Festlegen der Obergrenze der Geschwindigkeit und ein Element 212 zum
Festlegen der Untergrenze der Geschwindigkeit eine Obergrenze 1 der
Geschwindigkeit und eine Untergrenze 2 der Geschwindigkeit
in Abhängigkeit
von den Beträgen der
Zufuhr von Handkraft FL und FR fest. Es muss erwähnt werden, dass die Obergrenze 1 der
Geschwindigkeit mit dem zweiten vorher festgelegten Wert V2 der
Geschwindigkeit in 13 übereinstimmt
und die Untergrenze 2 der Geschwindigkeit mit dem vierten vorher
festgelegten Wert V4 der Geschwindigkeit übereinstimmt.
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Auf der Basis eines Leistungsverhältnisses, das
vom Leistungsbegrenzer 108 ausgegeben wird, eines Stromwertes
aus dem Stromsensor 110, der Energiequellen-Kennlinie und Motorkonstanten
des Motors 31 berechnet ein Element 213 für die Berechnung
der Fahrzeuggeschwindigkeit die jeweilige Geschwindigkeit L und
R des linken und rechten Rades. Es muss erwähnt werden, dass, während ein
separater mechanischer Geschwindigkeitssensor verwendet werden kann,
die Art und Weise in diesem Ausführungsbeispiel
in Bezug auf die Kosten, das Gewicht und den Gestaltungsraum vorzuziehen
ist.
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Die Geschwindigkeit L des linken
Rades und die Geschwindigkeit R des rechten Rades werden addiert
und die Summe durch Zwei dividiert, um die Schwerpunkt-Geschwindigkeit G
zu erhalten. Der Wert G wird dann mit der Obergrenze 1 der
Geschwindigkeit und der Untergrenze 2 der Geschwindigkeit
verglichen. Elemente 214 und 215 zur Zuwachsberechnung
ermitteln in Abhängigkeit
der Differenz, ob das Drehmoment erhöht oder verringert werden muss.
Wenn die Schwerpunkt-Geschwindigkeit
G größer ist
als die Obergrenze 1 der Geschwindigkeit, dann wird das
zu verringernde Drehmoment als –i1
ermittelt, und wenn die Schwerpunkt-Geschwindigkeit G geringer ist als die
Untergrenze 2 der Geschwindigkeit, dann wird das zu erhöhende Drehmoment
als +i2 ermittelt. Das zu erhöhende
Drehmoment +i2 und das zu verringernde Drehmoment –i1 werden
zum Drehmoment und zum Schwerpunkt-Drehmoment addiert, woraufhin in Schritt 106 der
Zielstrom iREF ermittelt wird.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel werden dieselben
Effekte erzielt, wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Das zweite
Ausführungsbeispiel kann
darüber
hinaus ein breites nutzbares Leistungsverhältnis in der PWM- Steuerung
zur Verfügung
stellen.
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Die wie oben beschriebenen ersten
und zweiten Ausführungsbeispiele
sind so aufgebaut, dass die Unterstützungskraft einen Wert Null
annimmt, wenn der zweite vorher festgelegte Wert V2 der Fahrzeuggeschwindigkeit
erreicht ist und darüber hinaus
der Motor 31 als Bremse wirkt, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
den zweiten vorher festgelegten Wert V2 der Fahrzeuggeschwindigkeit übersteigt. Andererseits
zeigen die 15 und 16 ein drittes Ausführungsbeispiel,
in welchem der Motor 31 als Bremse dient, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit
einen dritten vorher festgelegten Wert V3 der Geschwindigkeit übersteigt,
welcher größer ist
als V2. In den 15 und 16 bezeichnen dieselben Ziffern
dieselben oder ähnliche
Teile wie jene in den 10 und 14.
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Im dritten Ausführungsbeispiel berechnet ein Element 216 zur
Berechnung der vorher festgelegten Fahrzeuggeschwindigkeit bei jeder
Zufuhr von Handkraft den ersten bis vierten vorher festgelegten
Wert V1 bis V4 der Fahrzeuggeschwindigkeit in Abhängigkeit
von den Beträgen
der Handkraft FL und FR, die jeweils auf das linke und rechte Rad
angewandt wird. In diesem Fall gilt, je größer die Beträge der Handkraft,
desto größer sind
die ersten bis vierten vorher festgelegten Werte V1 bis V4 der Fahrzeuggeschwindigkeit,
und umgekehrt.
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Das Element 105 zum Festlegen
der Schwerpunkt- Komponente berechnet ein Schwerpunkt- Drehmoment
iG in Abhängigkeit
von den ersten bis vierten vorher festgelegten Werten V1 bis V4 der
Fahrzeuggeschwindigkeit und der gemessenen Schwerpunkt- Geschwindigkeit
G. Das Ergebnis wird im Schritt 106 zu dem Drehmoment iL addiert,
um den Zielstrom iREF zu ermitteln.
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In diesem Fall wird der Zielstrom
iREF so ermittelt, dass die Unterstützungskraft im richtigen Verhältnis zur
Handkraft steht, wenn die Schwerpunkt- Geschwindigkeit G zwischen
dem vierten und dem ersten vorher festgelegten Wert V4 und V1 der
Fahrzeuggeschwindigkeit liegt. Die Unterstützungskraft wird allmählich verringert,
wenn die Schwerpunkt- Geschwindigkeit G zwischen dem ersten und
zweiten vorher festgelegten Wert V1 und V2 der Fahrzeuggeschwindigkeit
liegt. Die Unterstützungskraft
nimmt den Wert Null an, wenn die Schwerpunkt- Geschwindigkeit G
zwischen dem zweiten und dritten vorher festgelegten Wert V2 und
V3 der Fahrzeuggeschwindigkeit liegt. Die Bremswirkung erhöht sich
allmählich,
wenn sich die Schwerpunktgeschwindigkeit G über den dritten vorher festgelegten
Wert V3 der Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht. Dadurch ist es möglich, dass
der Motor 31 nicht unmittelbar nach Überschreiten des zweiten vorher
festgelegten Wertes V2 der Fahrzeuggeschwindigkeit als Bremse wirkt
und der Rollstuhl im Schubbetrieb rollen kann, bis der dritte vorher
festgelegte Wert V3 der Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht ist. Alle
zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele
setzen voraus, dass der erste bis vierte vorher festgelegte Wert
V1 bis V4 in Übereinstimmung
mit dem jeweiligen Betrag an angewandter Handkraft festgelegt werden.
Die vorliegende Erfindung schließt jedoch auch einen anderen Aufbau
ein, in welchem der erste bis vierte vorher festgelegte Wert V1
bis V4 der Fahrzeuggeschwindigkeit feststehende Werte sind, die
unabhängig
vom jeweiligen Betrag der angewandten Handkraft festgelegt werden.