Theoretische und experimentelle Untersuchungen der Vertikaldynamik eines elektrischen Rollstuhls mit dem Ziel der Optimierung des Fahrverhaltens durch semiaktive Dämpfer

Im Rahmen des vom BMWi geförderten ZIM Projekts LoCoMS (Low-Cost Mechatronic Systems) werden basierend auf einer mechatronischen Entwurfsmethodik Analysewerkzeuge entwickelt, die einen kostengünstiger Entwurf von mechatronischen Systemen ermöglichen. Eine Anwendung für das Projekt ist die Reduktion der Vertikalschwingungen (AVC – Active Vibration Control) an einem elektrischen Rollstuhl. Dabei sollen durch Austausch der passiven Dämpferelemente durch semiaktive Dämpfer die Humanschwingungen während der Fahrt reduziert werden. Für die experimentelle Analyse des Rollstuhls im Zeitbereich und Frequenzbereich wurde der Rollstuhl mit Beschleunigungsaufnehmern versehen. Weiterhin wurde ein Prüfstand konstruiert und realisiert, mit dem über einen Exzenter eine quasi-harmonische Anregung in Vertikalrichtung (0 Hz - 30 Hz, ±5mm) an einem Rad erfolgen kann. Für die Durchführung von realistischen und reproduzierbaren Messungen wurde ein Dummy nach DIN 45676 zur Abbildung der mechanischen Eingangsimpedanz und Übertragungsfunktion des menschlichen Körpers konstruiert. Die Bewertung der Schwingungen erfolgt nach DIN EN ISO 8041 (Humanschwingungen). Für den mechatronischen Entwurf wurde ein Mehrkörpermodell in SIMPACK aufgebaut, wobei die Ermittlung der Steifigkeiten und Dämpfungen der Räder experimentell durchgeführt wurde. In dem Beitrag werden die ersten Ergebnisse von Messungen am Rollstuhlprüfstand und den Simulationsrechnungen im Frequenzbereich vorgestellt. Das Modell wird dazu genutzt, die Parameter eines optimierten passiven Feder-Dämpfer-Elements für verschiedene Fahr- und Betriebszustände zu bestimmen. In weiteren Arbeiten werden der reale Rollstuhl und das MKS-Modell um den Einbau von steuerbaren elektro-rheologischen Dämpferelementen und den Aufbau eines mechatronischen Sytems zur Verbesserung des Fahrkomforts erweitert.