A theory of wheelchair wheelie performance
Die Ergebnisse dieser analytischen Studie über die Leistungsfähigkeit von Rollstühlen lassen sich in zwei Gleichungen oder Faustregeln für die Konstruktion von Rollstühlen zusammenfassen, wie sie in dieser Arbeit entwickelt wurden. Die Gleichung mit den wichtigsten Parametern für das Überwinden von Bordsteinkanten lautet: fh = 0,8 mg theta c.g. Dabei ist fh die Greifringkraft, m die Masse des Rollstuhls + Benutzer abzüglich der Hinterräder, g die Erdbeschleunigung (9,807 m/s2) und theta c.g. der „c.g.-Winkel“, d. h. der Winkel zwischen der Senkrechten durch die Hinterachse und einer Linie, die die Hinterachse mit dem Systemschwerpunkt verbindet. Die Gleichung zeigt, dass es durch eine Verringerung der Masse und/oder des Schwerpunktwinkels leichter wird, einen Wheelie zu machen. Der Schwerpunktswinkel wird verringert, indem die Hinterachse des Rollstuhls nach vorne versetzt wird. Die Wheelie-Balance ist der andere Leistungsaspekt, bei dem der Benutzer den Rollstuhl auf den Hinterrädern ausbalanciert, um Bordsteine hinunterzufahren oder einfach nur zum Spaß. Die Leichtigkeit, mit der ein System gesteuert (ausbalanciert) werden kann, hängt mit der statischen Stabilität des Systems zusammen. Die statische Stabilität ist definiert als: omega 2 = mgl/J, wobei J das Massenträgheitsmoment im Schwerpunkt des Systems um die Richtung senkrecht zum Seitenrahmen ist. Für eine bessere Kontrolle des Rollstuhls beim Ausbalancieren sollte die statische Stabilität reduziert werden. Messungen des Wertes für das polare Massenträgheitsmoment für einen typischen Rollstuhl + Benutzer von m = 90 kg ergaben J = 8,7 kg-m2. Um den Wert der statischen Stabilität, Gleichung , zu verringern, kann man J erhöhen oder m und/oder l verringern, wobei l der Abstand zwischen der Hinterachse und dem Schwerpunkt des Systems ist. Es wird auch gezeigt, dass das Ausbalancieren einer Stange in der Handfläche (umgekehrtes Pendel) ein mathematisches Problem ist, das dem Wheelie-Balance-Problem ähnelt, und dass eine Stange mit einer Länge von 1,56 m einer Masse von 90 kg des Rollstuhls + Benutzersystems entspricht. Allerdings erfolgt das Ausbalancieren eines Stabes in erster Linie über die visuelle Wahrnehmung, während das Gleichgewicht eines Rollstuhles die Propriozeptoren der menschlichen Gelenke sowie die visuelle und vestibuläre Wahrnehmung (Innenohr) einbezieht. Daher kann ein einfacher Test, bei dem die kürzeste Stangenlänge bestimmt wird, die man in der Handfläche balancieren kann (plus Messung der Handkantenkraft und der einfachen Reaktionszeit), Aufschluss darüber geben, ob es einem Rollstuhlfahrer leicht fallen wird, eine Wheelie-Balance durchzuführen.