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Die Erfindung betrifft ein Spielfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Spielfahrzeugsystem mit einem solchen Spielfahrzeug.
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Bei Spielfahrzeugen, namentlich bei ferngesteuerten Modellautos besteht eine technische Aufgabe darin, ein Lenksignal in eine Lenkbewegung der für die Fahrzeuglenkung zuständigen lenkbaren Räder umzusetzen. Eine proportionale Lenkung wird durch eine Lenkeinheit des Spielfahrzeuges in gewöhnlicher Bauweise dadurch herbeigeführt, dass ein Lenkantrieb über eine geeignete Mechanik auf die lenkbaren Räder einwirkt, während der erreichte Lenkwinkel durch eine Positionsmessung ermittelt und rückgemeldet wird. Verbreitet kommt hier ein sogenanntes Servo zum Einsatz, welches über einen schwenkbar angetriebenen Servoarm und ein daran angeschlossenes Gestänge auf die Lenkmechanik einwirkt. Für die genannte Positionsmessung befindet sich im Servo ein Potentiometer, über welches die Winkelstellung des Servoarmes und damit indirekt auch die Lenkstellung der Räder ermittelt und rückgemeldet wird. Hierdurch kann ein zum Steuersignal proportionaler Ausschlag des Servoarmes und eine funktional davon abhängige Lenkbewegung der Räder herbeigeführt werden.
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Darüber hinaus ist es bekannt, zusätzlich zum Servosystem mit Lenkantrieb und Positionsmessung einen sogenannten Kreisel oder „Gyro“ aufzuschalten. Mit diesen historisch begründeten, auf mechanische Kreisel hinweisenden Bezeichnungen ist heute im Regelfall ein elektronischer Drehratensensor gemeint, mit welchem eine Richtungsänderung relativ zu einer Bezugsrichtung erfasst werden kann. Derartige Drehratensensoren werden zwischen die das Steuersignal ausgebende Empfangseinheit und das Servo geschaltet, um dadurch in Verbindung mit einem geeigneten Regelkreis eine Richtungsstabilisierung oder sogar ein Halten der vorgegebenen Fahrrichtung herbeizuführen.
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Es hat sich gezeigt, dass mit fortschreitender Verkleinerung solcher Spielfahrzeuge deren Steuerung zunehmend nervöser wird, wobei sich außerdem mechanische Unzulänglichkeiten wie Lenkungsspiel oder dergleichen stärker auswirken. Die Erzeugung einer beherrschbaren Steuerbarkeit wird mit fortschreitender Verkleinerung der Fahrzeuge schwieriger. Insbesondere die direkte oder indirekte Ermittlung des Lenkwinkels beispielsweise über das genannte Servo-Potentiometer erfordert einen bei kleinen Spielfahrzeugen kaum vorhandenen Bauraum. Zudem muss ein Teil der Leistung des Lenkantriebes zur Überwindung von mechanischer Reibung der Lenkwinkelbestimmung auf gebracht werden, was eine entsprechend kräftige Dimensionierung des Lenkantriebes nach sich zieht. Hinzu kommen eine durchaus beachtliche Fehleranfälligkeit sowie entsprechende Kosten. Die genannten Probleme verschärfen sich weiter, wenn außerdem ein Drehratensensor eingesetzt werden soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Spielfahrzeug derart zu vereinfachen, dass eine unkomplizierte, beherrschbare Lenkung insbesondere bei kleinen Baugrößen möglich ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Spielfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, ein Spielfahrzeugsystem anzugeben, bei dem das vorgenannte Spielfahrzeug entlang einer vorgegebenen Fahrspur bewegt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Spielfahrzeugsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
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Die Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, auf eine direkte oder indirekte Ermittlung des Lenkwinkels vollständig zu verzichten und nicht ergänzend zur Lenkwinkelermittlung, sondern anstatt einer solchen die Lenkung über einen Regelkreis mit einem Drehratensensor zu realisieren. Hierbei bilden ein Drehratensensor zur Ermittlung der Drehrate des Spielfahrzeuges um seine Hochachse, ein Lenkantrieb und eine Steuereinheit zusammen einen Regelkreis zur Einstellung der genannten Drehrate des Spielfahrzeuges auf einen vorgegebenen Sollwert. In diesem hochwirksamen Regelkreis kommt es auf die Größe des Lenkwinkels und dessen Ermittlung gar nicht an. Vielmehr muss der in der Steuereinheit ablaufende Regelprozess nur in einer solchen Weise auf den Lenkantrieb einwirken, dass sich die gewünschte bzw. vorgegebene Drehrate des Fahrzeuges einstellt. Die aktuelle Drehrate wird über den Drehratensensor bestimmt. Der Regelkreis wirkt auf die Lenkung derart ein, dass die tatsächlich ermittelte Fahrzeugdrehrate in Übereinstimmung mit dem Sollwert gebracht wird oder zumindest hinreichend nahe daran liegt.
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Beispielhaft sei hier der Prozess des Anfahrens genannt. Das Spielfahrzeug wird auf seiner Fahrbahn abgestellt, wobei es auf den aktuellen Lenkwinkel nicht ankommt. Dieser kann zunächst einen beliebigen Betrag haben und führt beim Losfahren je nach zufällig vorhandener Lenkwinkelstellung zu einer mehr oder weniger ausgeprägten Kurvenfahrt. Die mit der Kurvenfahrt einhergehende Drehrate des Spielfahrzeuges um dessen Hochachse stellt sich unmittelbar nach dem Losfahren ein und kann ebenso unmittelbar durch den Drehratensensor erkannt werden. Der vorgenannte Regelkreis wirkt nun mit hoher Regelgeschwindigkeit auf die Lenkung derart ein, dass sich nach sehr kurzer Regelzeit der Sollwert der Fahrzeugdrehrate (= 0 bei Geradeausfahrt, ≠ 0 bei Kurvenfahrt) einstellt.
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Aufgrund des Verzichts auf die Lenkpositionsbestimmung entfallen der Aufwand, der Bauraum und insbesondere der mechanische Widerstand eines Potentiometers und dessen Betätigungsmechanik. Dementsprechend kann ein kleiner und nur gering untersetzter Lenkantrieb ausreichen. Insbesondere infolge des letztgenannten Aspektes der geringen Untersetzung kann ein sehr reaktionsschneller Regelkreis realisiert werden, wie er für die Einregelung von kleinen, reaktionsschnellen Systemen erforderlich ist. Regelabweichungen können in den Bereich des Unmerklichen reduziert werden. Lenkungsspiel oder andere Unzulänglichkeiten können ohne weiteres ausgeregelt werden, so dass ein einfacher und kostengünstiger mechanischer Aufbau ausreicht. Insgesamt besteht nur wenig Bauraumbedarf, womit eine weitere Voraussetzung für die Realisierung kleiner Spielfahrzeuge erfüllt ist. Die geringe Untersetzung des Lenkbetriebes hat zudem den Vorzug der mechanischen Unempfindlichkeit. Trotz filigraner Bauweise ist die Gefahr eines Schadens am Lenkgetriebe gering.
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Für die Generierung des Drehraten-Sollwertes kommen verschiedene Optionen in Betracht. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Steuereinheit des Spielfahrzeugs einen Empfänger für Steuersignale einer Fernsteuerung, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, aus den im Empfänger empfangenen Steuersignalen einen Sollwert für die Drehrate des Fahrzeuges abzuleiten. Wenn also der Empfänger von der Fernsteuerung das Steuersignal zur Geradeaus- oder Kurvenfahrt erhält, setzt die Steuereinheit dieses Steuersignal in einen entsprechenden Sollwert für die Drehrate um. Der weiter oben beschriebene Regelkreis regelt nun die tatsächliche Drehrate des Spielfahrzeuges auf den genannten Sollwert ein, so dass das Spielfahrzeug den Steuersignalen der Fernsteuerung folgt.
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Alternativ dazu oder in Kombination damit kann die Steuereinheit mindestens einen Sensor zur Erfassung einer vorgegebenen Fahrspur beinhalten, wobei dann die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, aus den vom Sensor ermittelten Sensorsignalen den Sollwert für die Drehrate abzuleiten. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang die Steuereinheit dazu ausgelegt, aus den vom Sensor ermittelten Sensorsignalen den Sollwert für die Drehrate derart abzuleiten, dass das Spielfahrzeug der Fahrspur folgt. Hierdurch kann beispielsweise ein Übungsbetrieb realisiert werden, in welchem das Fahrzeug zunächst selbsttätig einer vorgegebenen Fahrspur folgt. Hierauf können dann zusätzliche Steuersignale einer Fernsteuerung aufmoduliert werden. Der Benutzer wird damit in die Lage versetzt, den Fahrweg zu verändern, eine Ideallinie zu finden oder in anderer Weise sich mit der Steuerung vertraut zu machen, ohne dass das Fahrzeug Gefahr läuft, ständig von der Bahn zu geraten.
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Ergänzend oder zusätzlich kann es zweckmäßig sein, dass die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, aus den vom Sensor ermittelten Sensorsignalen bestimmte Fahrereignisse, insbesondere Bremsen, Beschleunigen, und/oder Eingreifen in die Drehrate abzuleiten. In einer einfachen Form kann dies beispielsweise so aussehen, dass die Erfassung bestimmter Positionen auf der Fahrspur zu bestimmten Steuerereignissen führt. Das Erreichen eines Fahrbahnrandes kann beispielsweise zum Abbremsen, zur Simulation einer Ausweich-Lenkbewegung oder einer gelenkten Schleuderbewegung führen.
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Für die technische Realisierung der Erfassung einer vorgegebenen Fahrspur hat sich ein IR-(Infrarot-)Sensor mit einem IR-Sender und mit einem IR-Empfänger als zweckmäßig herausgestellt. Im entsprechenden Spielfahrzeugsystem ist die Fahrspur mit einem IR-sensitiven Orientierungsmuster versehen. Weil die Infrarot-Erfassung außerhalb des für das menschliche Auge wahrnehmbaren Lichtspektrums stattfindet, kann die technische Funktion der Fahrspur-Erfassung von dem visuellen Erscheinungsbild der Fahrspur abgekoppelt und getrennt werden. So ist es insbesondere möglich, eine Fahrspur mit dem Erscheinungsbild einer Straße oder einer Rennstrecke bereitzustellen, innerhalb derer IR-sensitive Orientierungsmuster optisch unauffällig versteckt sind. In einer vorteilhaften Variante ist das IR-sensitive Orientierungsmuster durch eine IR-durchlässige und visuell undurchsichtige Deckschicht abgedeckt. Letztere gibt alle Gestaltungsfreiheiten für das optische Erscheinungsbild, welches von der Spurerfassung völlig abgekoppelt ist. Für die Spurerfassung wird die Deckschicht vom Auge nicht wahrnehmbar im IR-Bereich durchleuchtet. Dies ermöglicht ein Abtasten des darunterliegenden Orientierungsmusters, ohne das vom Auge wahrgenommene Erscheinungsbild zu beeinträchtigen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 in einer perspektivischen Schemadarstellung ein Spielfahrzeug nach dem Stand der Technik mit Lenkantrieb, Steuereinheit und Potentiometer zur indirekten Erfassung des Lenkwinkels,
- 2 in perspektivischer Schemadarstellung eine erste erfindungsgemäße Abwandlung des Spielfahrzeuges mit einem Drehratensensor anstelle des Potentiometers,
- 3 eine Variante des Spielfahrzeuges nach 2 mit einer Zahnsegmentlenkung anstelle einer Zahnstangenlenkung, und
- 4 in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Spielfahrzeugsystem mit einem Spielfahrzeug nach den 2 oder 3, mit einer IR-sensitiven Fahrspur und mit einem Smartphone als Fernsteuerung.
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1 zeigt in einer schematischen Perspektivdarstellung ein Spielfahrzeug 1' nach dem Stand der Technik. Karosserie, Fahrantrieb, hintere Radaufhängung oder dergleichen sind hier für eine bessere Übersicht nicht dargestellt. Das Spielfahrzeug 1' weist eine fahrzeugfeste Längsachse x sowie fahrzeugfeste Hochachse z auf. Im gewöhnlichen Fahrbetrieb bewegt sich das Spielfahrzeug 1' in Richtung seiner Längsachse x und führt dabei auch Drehbewegungen um die Hochachse z mit einer Drehrate ω infolge einer Lenkbewegung aus.
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Das Spielfahrzeug 1' weist vordere, lenkbare Räder 2 sowie hintere, angetriebene und auf einer Starrachse befindliche Räder 3 auf. Die vorderen Räder 2 sind mit Achsschenkeln an einem Chassis 16 des Spielfahrzeugs 1' lenkbar gelagert, so dass sie um in Hochrichtung verlaufende Lenkachsen in einem gewünschten Lenkwinkel α eingestellt werden können. Die Wahl des Lenkwinkels α führt bei einer Fahrt des Spielfahrzeugs 1 in Richtung seiner Längsachse x abhängig von der aktuellen Geschwindigkeit zu einer korrespondierenden Drehrate ω um die Hochachse z, wobei die Drehrate ω bei Geradeausfahrt gleich null ist und in Kurvenfahrt von null abweicht. Das Spielfahrzeug 1' umfasst einen auf die gelenkten Räder 2 einwirkenden Lenkantrieb 4, auf welchen seinerseits eine Steuereinheit 5 einwirkt. Die Steuereinheit 5 umfasst einen nur schematisch angedeuteten Empfänger 7 für die Steuersignale eines nicht dargestellten Senders. Diese Steuersignale werden in der Steuereinheit 5 für eine gesteuerte Betätigung des Lenkantriebs 4 umgesetzt. Der Lenkantrieb 4 umfasst einen elektrischen Lenkmotor 20, welcher über ein Lenkgetriebe 17 den Lenkwinkel α der vorderen Räder 2 einstellt. Hierzu umfasst das Lenkgetriebe 17 ein Ritzel 18, welches in eine mit den Achsschenkeln der vorderen Räder 2 verbundene Zahnstange 19 eingreift. Eine hierdurch bewirkte seitliche Schubbewegung der Zahnstange 19 richtet die vorderen Räder 2 in einem gewünschten Lenkwinkel α aus.
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Für eine Rückmeldung der vorgenannten Lenkbewegung ist die hier gezeigte Lenkeinheit nach dem Stand der Technik mit einem Sensor zur Ermittlung des Lenkwinkels α ausgestattet. Nach dem Prinzip eines Servoantriebes ist der genannte Sensor in das Lenkgetriebe 17 integriert und in seiner hier gezeigten Bauform als Potentiometer 15 über einen eigenen Zahnradsatz an die Lenkbewegung der Räder 2 angekoppelt. Im Sinne einer indirekten Lenkwinkelerfassung kann aus dem Ausgangswert des Potentiometers 15, aus dem bekannten Untersetzungsverhältnis des Lenkgetriebes 17 und aus der insgesamt bekannten Lenkkinematik auf den erreichten Lenkwinkel α geschlossen werden. Der erreichte Lenkwinkel α wird in Form des Ausgangswertes vom Potentiometer 15 an die Steuereinheit 5 rückgeführt, wodurch eine Proportionalsteuerung gebildet wird.
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2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Spielfahrzeug 1 als erfindungsgemäße Abwandlung des Spielfahrzeugs 1' nach 1. Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, liegen gleiche Merkmale, Eigenschaften und Wirkungen vor, wobei gleiche Bezugszeichen für gleiche Merkmale Verwendung finden.
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Die Wirkung des Lenkmotors 20 mittels des Lenkgetriebes 17 auf die Einstellung des Lenkwinkels α der vorderen Räder 2 ist wie vorstehend beschrieben. Es fehlt jedoch ein Potentiometer 15 (1) oder ein anderer Sensor zur Ermittlung des Lenkwinkels α und dessen Rückmeldung in die Steuereinheit 5. Der im Betrieb tatsächlich vorhandene bzw. eingestellte Lenkwinkel α ist in der Steuereinheit 5 nicht bekannt und gemäß der Erfindung auch nicht erforderlich.
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Vielmehr umfasst die Lenkeinheit des erfindungsgemäßen Spielfahrzeuges 1 anstelle des genannten Lenkwinkelsensors einen Drehratensensor 6 zur Ermittlung der aktuell vorhandenen Drehrate ω des Spielfahrzeuges 1 um seine Hochachse z. Der Drehratensensor 6 ist zusammen mit dem Lenkantrieb 4 und der Steuereinheit 5 zu einem Regelkreis zusammengeschaltet, mittels dessen die Drehrate ω des Spielfahrzeuges 1 auf einem vorgegebenen Sollwert eingestellt wird. Hierzu wird in der Steuereinheit 5 ein Vergleich der tatsächlichen, vom Drehratensensor 6 ermittelten Drehrate mit dem vorgegebenen Sollwert angestellt. Die aus diesem Vergleich ermittelte Regelabweichung wird in der Steuereinheit 5 in eine entsprechende Ansteuerung des Lenkantriebes 4 umgesetzt, welche durch Nachstellung des Lenkwinkels α der lenkbaren Räder 2 zu einer Verringerung oder Eliminierung der genannten Regelabweichung führt. Im vorliegenden Fall kommt hierfür ein P-Regler (Proportionalregler) zum Einsatz, welcher eine gewisse und in der Praxis tolerable Regelabweichung erlaubt. Für höhere Regelansprüche kann aber auch ein anderer Regler, beispielsweise ein PID-Regler (Proportional-Integral-Differential-Regler) oder ein noch komplexeres Regelsystem gewählt werden.
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Im Ausführungsbeispiel nach 2 ist der Fall der Geradeausfahrt gezeigt. Die lenkbaren Räder 2 weisen einen Lenkwinkel α von 0° auf, so dass sie im Wesentlichen parallel zur Längsachse x ausgerichtet sind. Die zugehörige Drehrate ω ist gleich 0. Sofern der Empfänger 7 von einer in 4 dargestellten Fernsteuerung 8 ein Steuersignal für Geradeausfahrt empfängt, wird der Sollwert für die Drehrate ω zu 0 festgelegt, was der gewünschten Geradeausfahrt entspricht. Sofern das Spielfahrzeug tatsächlich geradeaus fährt, besteht keine Regelabweichung, und der vorgenannte Regelkreis greift nicht ein. Wenn jedoch das Fahrzeug mit seiner Längsachse x infolge beispielsweise einer Bodenunebenheit oder einer anderen beliebigen Störgröße von der zugrundeliegenden Fahrrichtung abgelenkt wird, geht dies mit einer Drehrate ω ≠ 0 einher, welche vom Drehratensensor 6 erfasst wird, und welche eine Regelabweichung bedeutet. Entsprechend der Regelabweichung führt der Regelkreis die Lenkung nach (Veränderung des unbekannten Lenkwinkels α), bis wieder die Geradeausfahrt mit der zugehörigen tatsächlichen Drehrate ω = 0 als Sollwert erreicht ist. Im Falle einer reinen P-Regelung kann es dabei zu einer Abweichung der Ausrichtung der Längsachse x von der vorangegangenen Ausrichtung kommen, was jedoch meistens im Sinne einer Fahrzeugberuhigung ausreicht. Bei höheren Regelanforderungen, bei denen es beispielsweise auf die Rückkehr zur ursprünglichen Ausrichtung der Längsachse x ankommt (heading hold), ist der Einsatz einer PID-Regelung zweckmäßig. Auf sinngemäß gleiche Weise kann auch eine gesteuerte Kurverfahrt mit einer Drehrate ω t- 0 als Sollwert realisiert werden.
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Jedenfalls wurde auf ein Potentiometer 15 (1) nebst zugehörigem Antrieb oder auf einen anderen Sensor zur Ermittlung des Lenkwinkels α vollständig verzichtet. Die tatsächliche Größe des aktuellen Lenkwinkels α ist für das Funktionieren des erfindungsgemäßen Regelkreises bedeutungslos. Außerdem ist der Drehratensensor 6 ein elektronisches Bauteil ohne mechanisch bewegte Teile bei insgesamt minimalem Bauraum. Schematisch ist er hier für eine gute Erkennbarkeit außerhalb der Steuereinheit 5 dargestellt. In der Praxis ist er jedoch in die Steuereinheit 5 integriert, ohne zusätzlichen Bauraum in Anspruch zu nehmen. Die gezeigte erfindungsgemäße Anordnung ist insgesamt kleinvolumig, mechanisch unempfindlich, kostengünstig und simpel, und damit insbesondere für Spielfahrzeuge im Mikroformat für den Betrieb beispielsweise im Wohnzimmer oder auf einer Tischplatte geeignet.
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3 zeigt eine Variante des Spielfahrzeuges 1 nach 2 mit einem leicht geänderten Lenkbetrieb 17. Die Achsschenkel der lenkbaren Vorderräder 2 sind nicht mit einer Zahnstange 19 (2), sondern mit je einem kreisabschnittförmigen Zahnsegment 22 verbunden, in deren Verzahnung ein gemeinsames, mittig dazwischen liegendes Ritzel 21 mit vertikaler Drehachse eingreift. In den übrigen Merkmalen und Bezugszeichen stimmt das Ausführungsbeispiel nach 3 mit denjenigen nach 2 überein.
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Beispielhaft ist in 3 der Fall eines Lenkausschlages der vorderen Räder 2 mit einem Lenkwinkel a ≠ 0 beim Losfahren dargestellt. Sobald das Fahrzeug in Bewegung gesetzt wird, führt der Lenkausschlag zu einer Kurvenfahrt des Spielfahrzeuges 1, welche wiederum abhängig von der aktuellen Geschwindigkeit eine entsprechende Drehrate ω um die Hochachse z nach sich zieht. Beim Anfahren aus dem Stillstand kommt es auf den anfänglichen Lenkwinkel α nicht an. Das Spielfahrzeug 1 kann mit einem beliebigen Lenkwinkel α beispielsweise nach 3 auf seiner Fahrbahn abgestellt werden. Solange es nicht in Fahrt ist, ist die tatsächliche Drehrate ω = 0. Sobald jedoch das Fahrzeug über seinen vorhandenen, wenngleich nicht dargestellten Fahrantrieb in Bewegung gesetzt wird, führen die ausgelenkten Räder 2 zu einer initialen Kurvenfahrt mit einer korrespondierenden, von null abweichenden Drehrate ω, welche sofort von dem Drehratensensor 6 erfasst und in der Steuereinheit 5 mit dem vorgegebenen Sollwert verglichen wird. Sofern dieser Sollwert gleich 0 ist (gewünschte Geradeausfahrt), führt der erfindungsgemäße Regelkreis die Lenkung so weit nach, bis tatsächlich eine Geradeausfahrt mit einer Drehrate ω = 0 vom Drehratensensor 6 erfasst und in die Steuereinheit 5 eingespeist wird. Hierfür sind nur minimale Wege erforderlich. Der Vorgang des Einregelns auf Geradeausfahrt aus der Initialposition der ausgelenkten Räder 2 geht so schnell, dass er vom Benutzer praktisch nicht wahrgenommen wird.
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Sinngemäß das Gleiche gilt natürlich auch für eine Einregelung auf eine intendierte Kurvenfahrt, bei der der Sollwert der Drehrate ω von 0 abweicht.
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4 zeigt in einer perspektivischen Übersichtsdarstellung ein erfindungsgemäßes Spielfahrzeugsystem, welches ein Spielfahrzeug 1 nach den 2 oder 3, eine Fahrbahn mit einer Fahrspur 12 sowie eine Fernsteuerung 8 umfasst. Zusätzlich zu der in den 2 und 3 dargestellten Ausstattung ist das Spielfahrzeug 1 noch mit mindestens einem Sensor 9 zur Erfassung der vorgegebenen Fahrspur 12 versehen. Dieser Sensor ist hier ein IR-Sensor mit einem IR-Sender 10 und mit einem IR-Empfänger 11. Korrespondierend dazu ist die Fahrspur 12 mit einem IR-sensitiven Orientierungsmuster 13 versehen. Für die Ausgestaltung des Orientierungsmusters 13 kommen verschiedene Formen in Betracht. Im gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist es ein Muster aus quer über die Fahrspur 12 sich erstreckenden, abwechselnd (im IR-Bereich) hellen und dunklen Dreiecken. Bei der Fahrt des Spielfahrzeuges 1 über die Fahrspur 12 trifft ein vom IR-Sender 10 ausgesandter IR-Strahl auf das Orientierungsmuster 13, wird dort reflektiert und schließlich vom IR-Empfänger 11 empfangen. Die Intensität des empfangenen IR-Strahls hängt davon ab, ob der ausgesandte IR-Strahl auf einen hellen oder einen dunklen Abschnitt des IR-sensitiven Orientierungsmusters 13 trifft. Bei der Fahrt des Spielfahrzeuges 1 entlang der Fahrspur 12 empfängt der IR-Empfänger 11 abwechselnd ein schwaches und ein starkes reflektiertes Signal. Die Signalfolge von schwachen und starken Signalen verändert sich mit einer Veränderung der seitlichen Positionierung des Spielfahrzeuges 1 relativ zur Fahrspur 12. Durch einen geeigneten Auswertealgorithmus kann ermittelt werden, wie weit sich das Spielfahrzeug 1 links oder rechts auf der Fahrspur 12 befindet. Außerdem kann die Orientierung der Fahrzeuglängsachse x (2, 3) relativ zur Längsrichtung der Fahrspur 12 bestimmt werden.
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Insbesondere im Kontext des gezeigten Spielfahrzeugsystems ist der genannte Sensor 9 funktionaler Teil der Steuereinheit 5 (2, 3), wobei die Steuereinheit 5 dazu ausgelegt ist, aus den vom Sensor 9 ermittelten Steuersignalen den Sollwert für die Drehrate ω abzuleiten. Zum einen können die Sollwerte für die Drehrate ω derart abgeleitet und bestimmt werden, dass das Spielfahrzeug 1 selbsttätig der Fahrspur 12 folgt. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 5 dazu ausgelegt sein, aus den vom Sensor 9 ermittelten Sensorsignalen bestimmte Fahrereignisse, insbesondere Bremsen, Beschleunigen und/oder Eingreifen in die Drehrate ω abzuleiten. Beispielsweise kann das Fahrzeug beim Erreichen des Fahrspurrandes abgebremst und beim Erreichen der Fahrspurmitte beschleunigt werden. Außerdem können Ausweich- oder Schleuderbewegungen durch Veränderung der Drehrate ω simuliert werden.
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Insbesondere erfolgt in der Steuereinheit eine Ableitung des Sollwertes für die Drehrate ω in Abhängigkeit sowohl von den ermittelten Sensorsignalen des Sensors 9 als auch von den durch die Fernsteuerung 8 generierten und vom Empfänger 7 empfangenen Steuersignalen. Dies ermöglicht beispielsweise eine Fahrsimulation, bei der der Benutzer das Spielfahrzeug 1 entlang der Fahrspur 12 frei steuern kann, sofern bestimmte Bedingungen eingehalten werden. Lenkt der Benutzer jedoch das Spielfahrzeug 1 zu nah an den Rand oder in eine besonders markierte Zone, dann wird dies durch den Sensor 9 erfasst. In der Folge können vorbestimmte, weiter oben schon erwähnte Fahrereignisse ausgelöst werden, welche in die Steuersignale des Benutzers eingreifen. Dieses Eingreifen kann ein Überlagern (veränderte Lenk- oder Bremswirkung) sein. Ebenso kann es in Betracht kommen, dass die vom Benutzer erzeugten Steuersignale vollständig übersteuert werden, um beispielsweise ein Anhalten des Spielfahrzeuges oder ein Heranfahren an den Fahrbahnrand zu erzwingen. Natürlich ist auch ein Mehrspieler-Modus mit oder ohne entsprechenden, hierauf abgestimmten Fahrereignissen möglich
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Insgesamt ist damit ein realistisch anmutender, kleinformatiger Fahrbetrieb entlang einer vorgegebenen Fahrspur 12 mit realistischem Erscheinungsbild möglich. Das Fahrverhalten des Spielfahrzeugs 1 kann in seinem Schwierigkeitsgrad nahezu beliebig eingestellt und an das Können des Benutzers angepasst werden. Dabei können zwischen einem vollständig autonomen Betrieb, bei dem das Spielfahrzeug 1 selbsttätig der Fahrspur 12 folgt und einem frei gesteuerten, elektronisch nicht beeinflussten Fahrbetrieb sämtliche Mischformen davon in unterschiedlicher Gewichtung eingestellt werden.
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Da die wesentliche Eigenschaft der Fahrspur 12 in ihrem Orientierungsmuster 13 liegt, kann sie kostengünstig aus einfachen Materialien wie Pappe oder dergleichen hergestellt werden. Aus standardisierten Segmenten davon können nahezu beliebige Bahnen geformt und zu einem Ring geschlossen werden. Optional ist dabei das IR-sensitive Orientierungsmuster 13 durch eine IR-durchlässige, visuell jedoch undurchsichtige Deckschicht 14 abgedeckt, wodurch das optische Erscheinungsbild einer Asphaltbahn mit Seiten- und Mittelstreifen, einer Schotterpiste oder einer beliebigen anderen simulierten Fahrbahn erzeugt werden kann. Das darunter befindliche Orientierungsmuster 13 wird hierdurch verdeckt und bleibt für das menschliche Auge unsichtbar, ist jedoch weiterhin für den IR-Sensor 9 erreichbar.
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Als Fernsteuerung 8 kann eine klassische, aus dem Fahrzeugmodellbau bekannte Fernsteuerung zum Einsatz kommen. Bevorzugt handelt es sich - wie in 4 abgebildet - bei der Fernsteuerung 8 um ein Smartphone mit einer darauf aufgespielten App, welche die Steuersignale für das Spielfahrzeug 1 generiert. Die Funkverbindung zwischen Fernsteuerung 8 und dem Spielfahrzeug 1 erfolgt dabei bevorzugt über Bluetooth. Es kann aber auch eine Wi-Fi-Verbindung oder eine andere Form der Funkverbindung zweckmäßig sein. Die auf das Smartphone aufgespielte App kann einfach als reine Steuerungs-App oder komplex mit einer aufwändigen Fahrsimulation ausgestaltet sein. Insbesondere ergibt sich die Möglichkeit eines Mehrspieler-Modus über eine Internetverbindung. In diesem Falle können mehrere, auch räumlich voneinander getrennte Spieler aus Fahrspursegmenten die gleiche Bahn aufbauen und diese gleichzeitig und gegeneinander im Wettkampfmodus befahren, ohne dass ein physisches Zusammentreffen stattfinden muss. Kollisionen, Überholmanöver oder dergleichen können dabei mit den vorstehend beschriebenen Mitteln simuliert werden.
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Ein weiterer Aspekt besteht darin, dass das Spielfahrzeug 1 selbsttätig oder durch den Benutzer gesteuert die vollständige Fahrbahn einmal abfahren und dabei mittels des IR-Sensors 9 erfassen kann. Auf diese Weise kann der Verlauf der ausgelegten Fahrspur 12 erkannt und in die Simulation eingespeist werden, bevor die eigentliche Trainings- oder Wettkampffahrt beginnt.
