JP2017038953A - 自動車レースゲーム - Google Patents

Abstract

【課題】モデルカーのオペレータがトラック幅における可変位置を選んで戦術的優位性を上げたり、レースラインを守ることが出来るようにする。【解決手段】トラック上の自動車の位置を制御して、スロットレス自動車レースゲームを提供する方法及び装置が記載されている。この方法は、トラック上の自動車の水平位置を測定して水平位置を規定したユーザとの距離を最小にするステップを具える。測定した自動車の速度は、ステアリングサーボにフィードバックされて、所望の水平位置における自動車の位置を安定化する。特に、このステアリングサーボ用の入力信号を生成するコントローラのゲインは、自動車の速度の２乗の逆数に応じて変化する。【選択図】図１

Description

本発明は、自動車レースゲームの分野に関する。特に、本発明は、トラック上の自動車の位置を制御してスロットレス自動車レースゲームを提供する方法に関する。

伝統的に、自動車レースゲームには、モデルスロット付自動車レースが含まれる。各自動車は、自動車のレーンを規定するトラック内ガイドスロットに配置するように構成された案内ペッグ（スイベルブレード）を具えている。自動車用低電圧電気モータの電力は、このスロットの横に配置した金属ストリップによって伝達され、自動車の前方に案内ペッグに沿って配置された接点によって取り出される。自動車に電力を供給するのに使用する電圧は、操作者が対応するハンドコントローラの抵抗値を変更することによって変えることができる。

更に、ブレーキ要素、電子制御デバイス、及び／又は、牽引用マグネットといった追加の構成を組み入れて、スロットカーの操作を支援することが知られている。より最近では、デジタル技術が発達して、一以上のスロットカーで一のレーンを共用できるようになっている。

スロットカーレースの課題は、一斉にトラックを離れて、グリップを緩めることなく、横道にスピンさせることなく、スロットを離すことなく、スロットカーが最も高速でカーブやそのほかの障害物をとらえるようにすることである。実際のモデルカーとトラックは、車両とレースサーキットをフルスケールで正確にレプリカできるにもかかわらず、レーシングモデルスロットカーは、案内ペッグとスロットの非柔軟性により現実では厳しく制限されている。したがって、通常のレースと違って、モデルカーのオペレータがトラック幅における可変位置を選んで戦術的優位性を上げたり、レースラインを守ることができない。加えて、油膜、砂利、あるいは変化する天候といった、更なるレースハザードを組み入れるための伝統的な溝付きトラックを伴う設備がない。

本発明では、スロットレス自動車レースゲームの規定において相当なアドバンテージが得られると認められる。

従って、本発明の特徴の一目的は、この分野で知られている自動車レースゲームの上述した不利益を取り除く、あるいは少なくとも緩和することである。

本発明の第１の態様によれば、トラック上にある自動車の位置を制御する方法が提供されており、この方法は：
トラック上にある自動車の水平位置を測定する第１の測定ステップと；
この第１の測定ステップで測定した水平位置を自動車の所望の水平位置と比較してエラー信号を生成するステップと；
自動車のステアリングサーボ用の第１の入力信号を生成して、エラー信号を最小にするステップと；
自動車の速度を測定するステップと；
この測定した速度を用いて、ステアリングサーボからの出力信号に対する自動車の応答における速度に依存した変化を補償するステップと；
を具える。

好ましくは、自動車の前側において第１の測定ステップが行われる。このステップは、光学センサを用いてトラックからの反射光を測定するステップを具える。

自動車の速度を測定するステップが、自動車を駆動するのに使用するモータによる逆起電力を測定するステップを具える。

自動車の応答における速度に依存した変化を補償するステップが、ステアリングサーボ用の第１の入力信号を生成するコントローラのゲインを変化させるステップを具える。

コントローラのゲインは、自動車の速度の２乗の逆数によって変化させることが好ましい。代替の実施例では、コントローラのゲインは、自動車の速度が所定の値を超える場合に自動車の速度の２乗の逆数によって変化する。

トラック上の自動車の位置を制御する方法は、更に、自動車の伝搬方向と、トラックの縦軸との間の角度を測定するステップを具える。

トラック上の自動車の位置を制御する方法は、更に、ステアリングサーボ用の第２の入力信号を生成して、測定した角度を最小にするステップを具える。

自動車の伝搬方向とトラックの縦軸との間の角度を測定するステップは、トラック上の自動車の水平方向の位置を測定する第２の測定を行うステップを具える。

第２の測定を行うステップは、自動車の後側において行われることが好ましい。このステップは、光学センサを用いて、トラックからの反射光を測定するステップを具える。

自動車の伝搬方向とトラックの縦軸との間の角度を測定するステップは、更に、トラック上の自動車の水平位置を測定する第１の測定からトラック上の自動車の水平位置を測定する第２の測定を行うステップを具えていてもよい。

本発明の第２の態様によれば、トラック上の自動車の位置を制御する方法が提供されており、この方法は：
トラック上の自動車の水平位置を測定する第１の測定を行うステップと；
第１の測定を行った水平位置を自動車の所望の水平位置と比較してエラー信号を生成するステップと；
自動車のステアリングサーボ用の第１の入力信号を生成してエラー信号を最小にするステップと；
自動車の伝搬方向とトラックの縦軸との間の角度を測定するステップと；
ステアリングサーボ用の第２の入力信号を生成して測定した角度を最小にするステップと；
を具える。

エラー信号は、ステアリングサーボの主フィードバックループ内で最小になることが好ましく、この主フィードバックループは第１の応答性（Ｋｓ）を有する。測定した角度は、ステアリングサーボの副フィードバックループ内で最小になることが好ましく、この副フィードバックループは第２の応答性（Ｋｌｆ２）を有する。

好ましくは、第２の応答性（Ｋｌｆ２）は、ステアリングサーボの応答性の逆数（Ｋｓｓ）に等しい。第２の応答性（Ｋｌｆ２）をステアリングサーボの応答性の逆数（Ｋｓｓ）に等しく設定することは、トラック上の自動車の位置制御の安定性を有意に上げることがわかる。

好ましくは、第１の測定を行うステップは、自動車の前側において行われる。このステップは、光学センサを用いてトラックからの反射光を測定するステップを具える。

自動車の伝搬方向とトラックの縦軸との間の角度を測定するステップは、トラック上の自動車の水平方向の位置を測定する第２の測定を行うステップを具える。

好ましくは、第２の測定を行うステップは、自動車の後側で行われる。このステップは、光学センサを用いてトラックからの反射光を測定するステップを具える。

自動車の伝搬方向とトラックの縦軸との間の角度を測定するステップは、更に、トラック上の自動車の水平位置を測定する第１の測定から、トラック上の自動車の水平位置を測定する第２の測定を行うステップを具える。

トラック上の自動車の位置を制御する方法は、更に、自動車の速度を測定するステップを具える。

好ましくは、測定した速度を用いて、ステアリングサーボからの出力信号に対する自動車の応答における速度に依存する変化を補償する。

自動車の応答における速度に依存した変化を補償するステップは、ステアリングサーボ用の第１の入力信号を生成するコントローラのゲインを変化させるステップを具える。このステップは、更に、ステアリングサーボ用の第２の入力信号を生成するコントローラのゲインを変化させるステップを具える。

フィードバックコントローラのゲインは、自動車の速度の逆数によって変化することが好ましい。代替の実施例では、コントローラのゲインが、自動車の速度が所定の値を超えた時に、自動車の速度の逆数によって変化する。

本発明の第２の態様の実施例は、本発明の第１の態様の好ましい特徴あるいは選択的な特徴を実装する特徴を具え、あるいはその逆も言える。

本発明の第３の態様によれば、トラック上の自動車の位置を制御する方法が提供されており、この方法は：
トラック上の自動車の水平方向の位置を測定する第１の測定を行うステップと；
第１の測定で測定した水平位置を、自動車の所望の水平位置と比較して、エラー信号を生成するステップと；
自動車のステアリングサーボ用の第１の入力信号を生成してエラー信号を最小にするステップと；
自動車の伝搬方向と、トラックの縦軸との間の角度を測定するステップと；
ステアリングサーボ用の第２の入力信号を生成して測定した角度を最小にするステップと；
自動車の速度を測定するステップと；
測定した速度を用いて、ステアリングサーボからの出力信号に対する自動車の応答における速度に依存した変更を補償するステップと；
を具える。

本発明の第３の態様の実施例は、本発明の第１又は第２の態様の好ましい特徴あるいは選択的な特徴を実装する特徴を具え、あるいはその逆も言える。

本発明の第４の態様によれば、一台又はそれ以上の自動車レースに適したレーストラックが提供されており、このレーストラックは、光学的漸変水平プロファイルを有する。

このように、光学的漸変水平プロファイルは、独自のレベルの反射率を有する各トラックの水平位置を提供する。

好ましくは、光学的漸変水平プロファイルは、トラックの長さに沿って維持される。

最も好ましくは、レーストラックが、閉ループトラックを具える。

好ましくは、光学的漸変水平プロファイルは、トラックの内側における低反射率領域から、トラックの外側における高反射率領域へ変化する。

光学的漸変水平プロファイルは、グレースケールでも、カラースケールでもよく、あるいは、例えば、赤外線反射材料などの非可視反射材料で形成されていてもよい。

レーストラックは、光学的漸変水平プロファイルをトラック上に印刷した紙を具えていてもよい。この結果、レーストラックを、収納あるいは移動の目的に丸めたり畳んだりすることができ、必要に応じてまた必要な時に、伸ばしたり拡げたりことができる。

トラックは互いに適合するように構成した別個のトラックセクションを具える。このような実施例では、このトラックセクションを再構成することで、さまざまな設計のレーストラックをユーザが設定することができる。

トラックは、更に、一又はそれ以上のマーキングを具えていてもよい。このマーキングは、光学センサによって読み取るように設計する、あるいは、光学センサの読み取りプロセスを妨害するように設計することができる。このようにして、マーキングによって、例えばラップタイムなどの追加情報を支援したり、例えば、油膜、トラックのごみ、砂利、といったハザードをシュミレーションしたり、あるいは、例えば、自動車のパンク又は天候条件の変化などのピットストップを作るのに自動車に必要な操作条件の変更をシュミレートすることができる。

本発明の第５の態様によれば、トラック上の自動車の位置を制御する制御回路が提供されており、この制御回路は：
トラック上の自動車の第１の水平方向の位置を測定する測定センサと；
第１の測定による水平位置を自動車の所望の水平位置と比較してエラー信号を生成するのに使用する減算器と；
自動車のステアリングサーボ用の第１の入力信号を生成してエラー信号を最小にするコントローラと；
自動車の速度を測定する速度センサと；
を具え、
コントローラが、測定した速度を用いてステアリングサーボからの出力信号に対する自動車の応答における速度に依存した変化を補償する手段を提供している。

好ましくは、制御回路は更に、自動車の伝搬方向とトラックの縦軸との間の角度を測定する第２の測定センサを具える。この実施例では、コントローラは、また、ステアリングサーボ用の第２の入力信号を生成して測定角度を最小にする。

本発明の第５の態様の実施例は、本発明の第１又は第２の態様の好ましい特徴あるいは選択的な特徴を実装する特徴を具え、あるいはその逆も言える。

本発明の第６の態様によれば、トラック上の自動車位置を制御する制御回路が提供されており、この制御回路は：
トラック上の自動車の第１の水平方向の位置を測定する測定センサと；
第１の測定による水平位置を自動車の所望の水平位置と比較してエラー信号を生成するのに使用する減算器と；
自動車のステアリングサーボ用の第１の入力信号を生成してエラー信号を最小にするコントローラと；
自動車の伝搬方向とトラックの縦軸との間の角度を測定する第２の測定センサと；
を具え、
コントローラが、ステアリングサーボ用の第２の入力信号を生成して、測定した角度を最小にする。

ステアリングサーボ用の第１の入力信号は、好ましくはステアリングサーボの主フィードバックループ内で生成され、この主フィードバックループは、第１の応答（Ｋｓ）を有する。ステアリングサーボ用の第２の入力信号は、好ましくはステアリングサーボの副フィードバックループ内で生成され、この副フィードバックループは、第２の応答（Ｋｌｆ２）を有する。

好ましくは、第２の応答（Ｋｌｆ２）は、ステアリングサーボの応答の逆数（Ｋｓｓ）に等しい。第２の応答（Ｋｌｆ２）をステアリングサーボの応答の逆数（Ｋｓｓ）に等しくなるように設定することは、トラック上の自動車の位置制御の安定性を有意に高める。

好ましくは、制御回路は更に、自動車の速度を測定する速度センサを具える。この実施例では、コントローラは、また、測定した速度を用いて、ステアリングサーボからの出力信号に対する自動車の応答における速度に依存した変化を補償する手段を具える。

好ましくは、第１の入力信号を生成するときのコントローラのゲインの変化は、測定した速度を用いてステアリングサーボからの出力信号に対する自動車の応答における速度に依存した変化を補償する手段を提供する。同様に、第２の入力信号を生成するときのコントローラのゲインの変化は、測定した速度を用いてステアリングサーボからの出力信号に対する自動車の応答における速度に依存した変化を補償する手段を提供する。

好ましくは、コントローラのゲインは、自動車の速度の逆数に応じて変化する。

本発明の第６の態様の実施例は、本発明の第１又は第２の態様の好ましい特徴あるいは選択的な特徴を実装する特徴を具え、あるいはその逆も言える。

本発明の第７の態様によれば、レース自動車が提供されており、このレース自動車は、本発明の第５の態様による制御回路を具える。

本発明の第８の態様によれば、レース自動車が提供されており、このレース自動車は、本発明の第６の態様による制御回路を具える。

本発明の態様と利点は、以下の説明を読み、以下の図面を参照することで明らかになる。
図１は、本発明の一実施例にかかる自動車を示す線図である。 図２は、図１に示す自動車のステアリングコマンドに対する応答を示すブロック図である。 図３（ａ）は、図１に示す自動車で用いる光学センサを示す線図であり、図（ｂ）は、光学センサの電子回路を示す図である。 図４は、図１に示す自動車用のレーストラックの一例を示す平面図である。 図５は、図４のトラックの幅にわたって図１の自動車の位置を制御する方法を示すブロック図である。 図６は、本発明の代替の実施例による自動車を示す線図である。 図７は、ステアリングコマンドに対する図６の自動車の応答を示すブロック図である。 図８は、図４のトラックの幅にわたって図６の自動車の位置を制御する方法を示す（ａ）第１、及び（ｂ）第２のブロック図である。 図９は、図４のトラックの幅にわたって図６の自動車の位置を制御する方法の単純化したブロック図である。 図１０は、本発明の代替の実施例による自動車を示す線図である。 図１１は、図４に示すトラックの幅にわたって図１０の自動車の位置を制御する第１の方法を示すブロック図である。 図１２は、図４に示すトラックの幅にわたって図１０の自動車の位置を制御する第２の方法を示すブロック図である。

図１は、本発明の一実施例による自動車１の線図である。自動車１は、レーストラック２の上に示されており、トラック２の更なる詳細は図４を参照して以下に述べられている。

自動車１は、主本体３を具えており、その前側にステアリング可能なホイールセット４が装着されており、後側にはステアリング不可能なホイールセット５が装着されている。自動車の動力は、ＤＣ電気モータ６を介して提供され、ステアリング不可能なホイールセット５を駆動するように構成されている。第１の制御ユニット７は、例えばＰＩＤコントローラであり、オペレータに自動車１を遠隔制御する手段を提供する。第１の光学センサ８は、自動車１の前側に位置しており、トラック２上の自動車１の位置を決定する手段を提供している。速度センサ９は、ステアリング不可能なホイール５に配置されており、自動車１の速度を測定する手段を提供している。ステアリング角度（ｓａ）と、したがって、自動車１の移動方向は、閉ループ内に配置したステアリングサーボ（ｓ）１０によって制御される。ステアリングサーボ１０は、Ｋｓｓで表わされる応答を表示する。

トラック２と交差する自動車の前側位置（ｆｐ）がステアリングサーボ（ｓ）１０への入力信号１１によって影響を受ける経路を、図２のブロック図１２で示す。特に、システムへの入力信号１１（Ｉｎｐｕｔ）は、ステアリングサーボ（ｓ）１０に送られる信号であり、例えば、アナログ電圧、所定の幅のパルス、あるいは、マイクロコントローラ内の二進数など、様々な形をとることができる。ステアリングサーボ（ｓ）１０の出力信号１３は、その結果であるステアリング角度（ｓａ）を表す。

所定の振幅の入力信号１１がステアリングサーボ（ｓ）１０に与えられると、ステアリング可能なホイール４が自動車１の本体３に対してある角度回転する。これによって、自動車１が所定の速度（ｓｐｅｅｄ）で前側に移動している間に、自動車１のトラック２に対する本体３の角度、本体角度（ｂａ）が、連続的に増える。自動車１のホイールベース（ｗｂ）が長いほど、ステアリング角度（ｓａ）の効果が小さくなる。更に、自動車１が移動している速度が速いほど、所定のステアリング角度（ｓａ）に対する本体角度の変化が速くなる。これらの特徴は、以下により詳細に記載するように、図２に示す様々なブロックによって表される。

最初のサイン（ｓｉｎｅ）ブロック１４の出力は、このブロックヘの入力のサイン、すなわち、ステアリング角度（ｓａ）のサインである。１/ｗｂのブロック１５は、その効果が自動車１のホイールベース（ｗｂ）に逆比例していることを表す。ステアリング角度（ｓａ）が、自動車１の速度に比例することは、二次入力として提供されている速度とともに、第１の乗算器ブロック１６によって示される。最後に、固定されたステアリング角度（ｓａ）が、本体角度（ｂａ）を連続的に増やすことが、時間積分動作の存在を示している。これは第１の時間積分ブロック１７の存在によって表される。

入力信号１１が一度ゼロに戻ると、ステアリング可能なホイール４が本体３に再度整列して、本体角度（ｂａ）は現在の値を維持する。しかしながら、本体角度（ｂａ）のこの非ゼロの値は、自動車の前側位置（ｆｐ）を連続的に増やす。この増加率は、再度、速度に比例しており、有意である本体角度（ｂａ）のサインである。これらの効果は、図２のブロック図１２の残りのブロック、とりわけ、第２のサインブロック１８、第２の乗算器ブロック１９、及び第２の時間積分ブロック２０によって示されている。

自動車１で用いている光学センサ８の更なる詳細が図３に示されている。特に、図３（ａ）は、光学センサ８の線図を示し、図３（ｂ）は、この部品の電気回路を表している。光学センサ８は、ＬＥＤの形の光源２１と、光トランジスタの形の検出器２２を具える。光源２１からの光２３は、最初はトラック２の方向を向いている。トラック２で反射したのち、光２３は検出器２２に入射する。以下に更に詳細に説明するように、検出した光のレベルは、トラック２の幅を横切る自動車１の位置を測定する特徴を提供する。

以下の方法を用いて、バックグラウンド光の効果について、光学センサ８を補償することができる。光源２１をオフにして、検出器２２で読み取りを行うことができる。この読み取りは、周辺光の存在によって説明することができる。この読み取り値を、レースコースの間に記録されたものから差し引くことによって、周辺光の影響を、以下に更に詳細に説明されている自動車制御システムから取り除くことができる。

速度センサ９は、ＤＣ電気モータ６の逆起電力を測定する技術を用いて、自動車１の速度を測定する手段を提供する。通常の動作の間には、ＤＣ電気モータ６が電気エネルギィを取り出して、これを機械エネルギィに変換し、自動車１を駆動する。ＤＣ電気モータ６の電力が遮断されると、ＤＣ電気モータ６は、発電機として作用し、上記のプロセスが逆転する。すなわち、ＤＣ電気モータ６が機械エネルギィを取り出して、これを電気エネルギィに変える。ＤＣ電気モータ６が発電機として作動しているときに観察される電圧は、ＤＣ電気モータ６の速度に比例する。したがって、ＤＣ電気モータ６への電源供給を周期的に遮断することによって（典型的には、数ミリ秒の周期で）、自動車１の駆動を大きく妨げることなく、速度センサ９を用いて、自動車１の速度を測定することができる。

遠隔制御ユニット２４は、オペレータにトラック２上の自動車１の速度と水平位置を制御するコマンド信号２５を生成する手段を提供する。特に、遠隔制御ユニット２４は、コマンド信号２５とステアリングホイール２７の速度制御成分を生成する手段を提供するスロットル２６、あるいは、コマンド信号のトラック位置成分を生成する手段を提供するジョイスティックを具える。

レーストラック
自動車１のレーストラック２の一例の平面図を図４に示す。ここに述べた実施例では、レーストラック２が閉ループを作っている。図４に破線で示すように、トラックの縦軸２８の基準はトラックの長さ周辺に伸びる軸に関連しており、トラック２上の自動車１の横方向の動き又は横方向のプロファイルの基準は、縦軸２８にほぼ直交する動き又はプロファイルに関連する。

トラック２の幅は、トラック２の長さに沿って維持されている光学的漸変プロファイルを示すように形成されている。光学的漸変プロファイルは、したがって、独自の反射率レベルを有するトラック２の各水平方向の位置を割り当てる手段を提供している。ここに述べた例では、光学的漸変プロファイルは、トラック２の内側から外側に向けてグレースケール（黒から白）を具え、光学センサ８の光源２１に対して、対応する比較的低い反射率から比較的高い反射率領域を提供するようにしている。このようにして、光源２１から検出器２２で反射した光２３のレベルが、独自の水平位置に対応し、トラック２上の自動車の前側水平位置（ｆｐ）を決定し、次いで、トラック２の全長に沿った自動車の水平位置を維持するための測定を提供する。

レーストラック２が必ずしもグレースケールの光学的漸変プロファイルを具えていなくともよいことは、当業者には自明である。トラックは、光学センサ８に対して対応する比較的反射率が低い領域から比較的反射率が高い領域が形成されうる適宜の色で形成することができる。更に、トラック２は、可視カラーである必要はないが、光学センサ８内に使用されている対応する赤外線現２１を有する赤外線反射材でできていてもよい。

トラック２は、適宜のインクを薄い紙に塗布する印刷プロセスで形成することが望ましい。この結果、レーストラック２は、収納又は移動の目的で巻いたり、折りたたんだりすることができ、必要に応じてあるいは必要な時に、単に伸ばしたり、あるいは拡げたりすることができる。

トラック２は、切り離し可能な紙セクションに印刷し、レースが行われるときに適宜レイアウトすることができる。このような実施例によれば、トラックセクションの認識に基づいて、ユーザが様々なデザインのレーストラック２を設定することができる。

追加のマーキング２９をトラック２に組み入れてもよいことも、当業者には自明である。これらの追加のマーキング２９は、光学センサ８で読み取れるように、あるいは、光学センサ８の読み取りプロセスを妨害するように設計して、例えば、ラップ時間といった追加の情報を促進する、例えば油膜、トラックデブリス、砂利といったハザードをシュミレーションする、又は、自動車のパンクや、天候の変化といった、自動車にピットストップを生じさせるようなハンドリング条件の変更をシュミレーションする、ように設計することができる。

速度センサ制御システム
トラック２上の自動車１の位置を制御する閉ループ制御システム３０について、図５に示すブロック図を参照して、トラック２を反時計方向に移動するように構成された自動車について述べる。

制御ユニット７を用いて、遠隔制御ユニット２４からコマンド信号２５を受け取る。コマンド信号２５の速度制御成分は、ＤＣ電気モータ６の動作速度を設定するのに使用され、したがって、自動車１の速度に加えて、ステアリングサーボ（ｓ）でトラック位置成分を用いてトラック２上の第１の光学センサ８についての所望の水平位置を設定する。例えば、ステアリングホイール２７がゼロ位置にあるときは、自動車１の所望のトラック位置は、トラック２の中央であり、自動車１は、トラック２の全長に沿って水平軸２８を追従する。ステアリングホイール２７が反時計方向に切り替わると、自動車１が追従するトラック２の内側、すなわちトラック２のより暗い領域により近い水平トラック位置に対応する負の信号が発生する。同様に、ステアリングホイール２７が時計方向に切り替わると、自動車１が追従するトラック２の外側、すなわちトラック２のより明るい領域により近い水平トラック位置に対応する正の信号が発生する。したがって、このトラックは、その間を自動車１が容易に移動できる自動車１用の複数のバーチャルスロットと、コマンド信号２５のトラック位置成分によって決まる選択を具えると考えられる。

上記の構成を逆にすることによって自動車１をトラック２の周りを時計方向に動作するように構成できることは当業者には自明である。更なる代替の実施例では、トラック２の水平方向の段階的な陰影を反転することで、時計方向のレース構成を提供する。

次いで、第１の減算器３１を、ステアリングサーボ（ｓ）１０用の主フィードバック経路３２で用いる。第１の減算器３１は、コマンド信号２５のトラック位置成分から主フィードバック信号を減算することで、制御ユニット７の入力を提供するエラー信号３３を生成し、制御ユニット７が所望の水平トラック位置から第１の光学センサ８の変位の測定を提供する。センサの応答性は、その入力と出力の関係による。ここに述べた制御システム３０では、Ｋｓで表される応答性は、第１の光学センサ８で測定したトラック位置と第１の減算器３１に送られる出力との関係である。エラー信号３３を受信すると、制御ユニット７は、ステアリングサーボ（ｓ）１０を駆動しようとして、トラック２上の自動車１の前側を再度ポジショニングして、エラー信号３３を最小にする。このようにして、自動車１は、トラック位置成分によって設定された水平方向のトラック位置を維持しようとしながら、トラック２の周りを移動する。もしトラック位置成分が変化すれば、自動車１はトラック２上で、対応する新しい水平位置に再度ポジショニングしようとする。

上述したように、所定のステアリング角度（ｓａ）で本体角度（ｂａ）が増加する率と、自動車の前側位置（ｆｐ）は、両方とも、自動車１の速度に依存している。したがって、制御システム３０のループゲインは、自動車１の速度の２乗に依存する。したがって、制御システム３０の制御ユニット７を調整して、自動車１のすべての速度に迅速かつ安定な応答を行うことは非常に困難である。一例として、帯域１０Ｈｚのステアリングサーボ（ｓ）１０を用いた１：２０のスケールの自動車１は、通常、１．５ｍｓ^−１という中程度の速度である。制御システム３０は、この速度動作で安定するように構成することができるが、その安定性は、自動車の速度がこの中程度の値を上下するとすぐに悪化する。

この問題は、速度センサ９の出力を用いて、制御ユニット７からステアリングサーボ（ｓ）１０への入力を変更し、制御システム３０の前方経路のゲインの速度依存性を補償することで解決する。最も簡単な変更は、制御ユニット７のゲインを、自動車１の速度の２乗の逆数によって変化させることである。このことは、速度センサ９と制御ユニット７との間に接続した処理ユニット３４を用いて行われる。しかしながら、この解決法では、低速の自動車でコントローラゲインが非常に高くなる。

代替の実施例では、処理ユニット３４を用いて、自動車１が所定の最小速度以上、例えば、上述の例でいえば適当な最小速度は０．５ｍｓ^−１となり、これ以上で走行しているときのみ、制御ユニット７のゲインを自動車１の速度の２乗の逆数によって変化する。

第２光学センサ制御システム
更なる制御方法がない場合、制御システム３０の原動力はステアリングサーボ（ｓ）１０の応答によって一次的に設定される。したがって、このシステムは効率的な４次の２型システムである。この分野の当業者には明らかなように、このようなシステムは特に安定性に欠け、更に補償を行うことなく制御システム３０がトラック２上に自動車１を保持することが難しいことがわかる。代替の実施例がここに述べられており、この実施例では、自動車内に配置した第２の光学センサの使用によって更に安定性を保証するようにしている。

第２の光学センサを組み込んでいる自動車１ｂが、図６に示されている。自動車１ｂは、図１に示す自動車１のほとんどの要素を具えている。すなわち、本体３、ステアリング可能なホイールセット４、ステアリング不可能なホイールセット５、ＤＣ電気モータ６、制御ユニット７、自動車１ｂの前側に配置した第１の光学センサ８、及びステアリングサーボ（ｓ）１０である。しかしながら、ここに述べる実施例では、自動車１ｂの後側に第２の光学センサ８ｂが配置されている。更に、ここに述べる実施例では、速度センサ９が不要である。

図７は、遠隔制御ユニット２４によって生じるコマンド信号２５への図６に示す自動車１ｂの応答を示すブロック図３５である。図７の応答ブロック図は、自動車１の応答に関連する上述のものと同様であるが、図２に示すように、自動車の後部位置（ｒｐ）を表すアーム３６が示されている点が異なる。

トラック２上の自動車１ｂの位置を制御する閉ループ制御システム３７は、図８（ａ）のブロック図と、同じく図８（ｂ）のブロック図によって表されている。制御ユニット７を再度用いて、遠隔制御ユニット２４から制御信号２５を受け取って、トラック２上の自動車１ｂの所望の速度と前側位置を設定する。ステアリングサーボ（ｓ）１０用の主フィードバック路３２で第１の減算器３１を再度用いて、自動車１の前側の所望の位置からのずれを診断するエラー信号３３を生成する。主フィードバック路３２の応答も、Ｋｓで表されている。

更に、制御システム３７は、ステアリングサーボ（ｓ）１０への二次的あるいは局所的フィードバック路３８を使用する。この二次的フィードバック路３８は、そこに配置した第２の減算器３９で自動車の後側（ｒｐ）の測定位置を提供する。第２の減算器３９は、ステアリングサーボ（ｓ）１０への第２のフィードバック信号を構成し、提供している。この信号は、自動車の前側位置と後側位置との差異、すなわち、（ｆｐ）−（ｒｐ）に等しい。

図６を参照すると、基本的な三角法によって、トラック２上の自動車１ｂの前側位置（ｆｐ）と後側位置（ｒｐ）の差が、本体角度のサインを乗算したセンサーベース（ｓｂ）によって与えられることを示している。すなわち：
（（ｆｐ）−（ｒｐ））＝（ｓｂ）．ｓｉｎ（ｂａ） （１）
である。

したがって、トラック２上の自動車１ｂの前側位置（ｆｐ）と後側位置（ｒｐ）を測定して、これらの値の差を計算することによって、単なるステアリング角度（ｓａ）ではなく、本体角度（ｂａ）に依存するステアリングサーボ（ｓ）１０への第２のフィードバック信号が得られる。第２のフィードバックループは、したがって、測定した本体角度を最小にして、トラック２の縦軸２８に平行に移動する自動車１ｂを維持するように働く。

更に、初回の積分ブロック１７は、ここでは第２のフィードバックループに含まれているので、このブロックを転換する効果があり、時間積分というより指数関数的ラグとして作用する。制御システム３７は、したがって、この分野の当業者には明らかなように、４次の２型システムより一層有意に安定している、４次の１型システムと考えられている。更に、制御システム３７は、システム３７の安定性における速度の効果も低減する。なぜなら、ここでは速度で変化するゲインを有するシステムの部分がローカルフィードバックループ内に含まれているからである。

ステアリング角度（ｓａ）と本体角度（ｂａ）が典型的に３０°又はそれより小さくなるであろうということは、この分野の当業者には自明である。この結果、小さい角度θ、すなわちサイン（θ）がほぼθに等しい事実を生かすことで、制御システム３７の更なる簡易化を行うことができる。したがって、簡単にした効率の良い制御システム３７ａが、図９のブロック図によって表されており、ここでは第１及び第２のサインブロック１４及び１８が省略されている。

実際には、制御システム３７と３７ａの安定性は、第２のフィードバック路３８の応答、Ｋｌｆ２を、ステアリングサーボ（ｓ）１０の応答（Ｋｓｓ）の逆数に等しくすると、好ましいことが分かった。第２の減算器３９を否定にすることと相まって、このことは、ステアリング角度（ｓａ）が同じであり本体角度（ｂａ）と反対になるようにセットすることになる。したがって、第２のフィードバックループ３８は、ステアリング可能なホイール４が、自動車１ｂが移動するべき方向を指すようにする。

第２のフィードバックループがない場合は、自動車の前側位置（ｆｐ）が正しい位置にあるが、自動車がトラック２に対して角度をなしているのであれば、自動車１ｂが前側に移動するとすぐに、フィードバック全体が徐々にライン内に戻る前に、自動車の前側位置（ｆｐ）が所望の位置から外れる。自動車１ｂと第２のフィードバック路３８の後側に第２のセンサ８ｂを加えることで、ステアリング可能なホイール４が自動的にトラック２に沿って指示され、自動車１ｂが前側に移動すると、後側位置（ｒｐ）は単純にトラック２を横切って正しい位置へと前側位置（ｆｐ）を追従する。このように、制御システム３７及び３７ｂが、自動車１ｂの差し迫った位置的エラーを予測し、エラーが生じる前に、この位置エラーの修正に必要な動作を行うことが考えられる。

速度センサ及び第２の光学センサ制御システム
好ましい代替の実施例では、上述の制御システム３０と３７を組み合わせた自動車の制御システムを使用している。一例として、図１０は、速度センサ９と第２の光学センサ８ｂとを両方組み込んだ自動車１ｃを示す。自動車１ｃの残りの要素は、上述した自動車１及び１ｂに関連して図１及び図６に示されたものに対応しており、対応する符号が記されている。

トラック２上の自動車１ｃの位置を制御する第１の閉ループ制御システム４０が、図１１のブロック図に示されている。上述したシステム３０及び３７と同様に、制御ユニット７を用いて、遠隔制御ユニット２４からのコマンド信号２５を受信して、トラック２上の自動車１ｃの所望の速度と前側位置を設定する。ステアリングサーボ（ｓ）１０への主フィードバック路３２で第１の減算器３１を用いて、自動車１の前側位置の所望の位置からのずれを診断するエラー信号３３を生成する。主フィードバック路３２の応答は、ここでもＫｓで示されている。

第２の、あるいは局所的フィードバック路３８も、第１の制御ユニット７とステアリングサーボ（ｓ）１０との間に配置した第２の減算器３９に自動車の後側の位置（ｒｐ）の詳細を提供する。第２の減算器３９も、第２のフィードバックループが、トラック２上の自動車１ｃの測定した本体角度を最小にするように作用する。第２のフィードバック路３８の応答であるＫｌｆ２の応答も、ステアリングサーボ（ｓ）１０の応答（Ｋｓｓ）の逆数に等しくすることが好ましい。第２のフィードバックループ内で速度補償を行う手段を提供するために、第２の制御ユニット７ｂが第２の減算器３９とステアリングサーボ（ｓ）１０との間に配置されている。

ここに述べた実施例では、主フィードバックループと第２のフィードバックループのゲインを制御ユニット７及び７ｂで調整して、制御システム３０で要求されているような、２乗した速度の逆数ではなく、自動車１ｃの速度の逆数に応じて変化する。しかしながら、このことは、同様の態様、すなわち、速度センサ９と第１及び第２の制御ユニット７及び７ｂそれぞれの間に処理ユニット３４と３４ｂを用いることによって、行われる。

代替の実施例では、処理ユニット３４及び３４ｂを用いて、制御ユニット７及び７ｂをそれぞれ介して主及び副フィードバックループのゲインを、自動車１ｃが所定の最小限速度以上で走行しているときの自動車１ｃの速度の逆数に応じて変化させている。

トラック２上の自動車１ｃの位置を制御する第２の制御システム４１が、図１２のブロック図に記載されている。この実施例は、上記に詳細が述べられており図１１に示す制御システム４０と多くの点で同様である。一つの有意な差異は、第２の制御ユニット７ｂが省略されており、二次ループのゲインがフィードバック路３８自体の中で変化することである。これは、フィードバック路を変えるときに前側路コントローラ７で異なる処理が必要であるため、あまり好ましくないが、二次フィードバック路３８のフィードバック路ゲインは、二次ループの閉ループ応答を変え、したがって、主ループのループゲインを変える。

上述した自動車の実施例を全部合わせた中で、ステアリング可能なホイールの角度を変える代わりにホイールの相対回転数を変化させることで、自動車の方向を変化させるようにステアリングサーボを適用させることができるのは、この分野の当業者には自明である。

更に、制御ユニット７及び７ｂ、減算器３１及び３９、及び処理ユニット３４及び３４ｂは、別々のユニットとして示されているが、これらの機能は、単一の制御ユニットに直接的に実装することができるのも自明である。

上述した自動車レースゲームは、公知のゲームを超えた多くの利点を提供している。まず第１に、スロットレストラックと自動車の組み合わせが提供されており、これによって、自動車の水平位置が、トラックの全幅を横切ることができるように変化する。このことは、トラックまわりで自動車をステアリングさせることなく、戦術的上位性（例えば、対抗車を追い越すあるいは軽くつく、又はレースラインを保護する）を上げて、自動車の操作者が操作できるより現実的な自動車レースゲームを提供する。

第２に、自動車がトラックの外に出てしまったら、単純に元に戻し、トラック上の自動車の制御システムの操作を再開することができる。したがって、スロットカーと異なり、レースを再開するのに操作者は自動車をトラック上に物理的に再配置させる必要がない。

トラック自体も、数々の有意な利点を提供している。まず、自動車の操作に所定のスロットが必要でないため、レースを行う自動車の数に制限がない。トラックは非常にフレキシブルであり、収納、移送、及び折りたたみが簡単である。トラックは、生産が簡単で、この分野で知られている従来のスロットによるトラックに比べ、非常にコスト効果が高い。最後に、このトラックによれば、油膜、トラックのデブリス、砂利、あるいは変化する天気の状態など追加のレースハザードを組み入れることができる。

スロットレス自動車レースゲームを提供するトラック上の自動車位置を制御する方法及び装置が記載されている。この方法は、トラック上の自動車の水平位置を測定して、ユーザが規定した水平位置との距離を最小にするステップを具える。次いで測定した自動車の速度をステアリングサーボにフィードバックさせて、所望の水平位置における自動車の位置を安定させる。特に、ステアリングサーボ用の入力信号を生成するコントローラのゲインは、自動車の速度の２乗の逆数に応じて変化する。

本発明の上記記載は、説明の目的で行われたものであり、発明を開示した詳細な形式に限定あるいは網羅しようとするものではない。ここに述べた実施例は、本発明と実際のアプリケーションの原理をもっともよく説明するために選択して記載されたものであり、これによって、当業者が、特定の意図した使用に適した様々な実施例及び様々な変形例における本発明の最も良好な利用することができる。したがって、特許請求の範囲で規定された本発明の範囲から離れない限り、更なる変形あるいは改良を加えることができる。

Claims (11)

1. １台以上の自動車レースに適したレーストラックであって、当該レーストラックが光学的漸変水平プロファイルを具えることを特徴とするレーストラック。
2. 請求項１に記載のレーストラックにおいて、前記光学的漸変水平プロファイルが、前記トラックの各水平位置に固有のレベルの反射率を提供することを特徴とするレーストラック。
3. 請求項１または２に記載のレーストラックにおいて、前記光学的漸変水平プロファイルが、前記トラックの長さに沿って維持されることを特徴とするレーストラック。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のレーストラックが、閉ループトラックを具えることを特徴とするレーストラック。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のレーストラックにおいて、前記光学的漸変水平プロファイルが、前記トラックの第１の側の低反射率領域から、前記トラックの第２の側の高反射率領域に向けて移行することを特徴とするレーストラック。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーストラックにおいて、前記光学的漸変水平プロファイルが、グレースケール、カラースケール、または非可視反射材料で形成されていることを特徴とするレーストラック。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のレーストラックが、前記光学的漸変水平プロファイルが印刷された紙を具えることを特徴とするレーストラック。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレーストラックが、互いに適合するように構成された別個のトラックセクションを具えることを特徴とするレーストラック。
9. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のレーストラックが、さらに、１以上のマーキングを具えることを特徴とするレーストラック。
10. 請求項９に記載のレーストラックにおいて、前記マーキングが、光学センサによって読み取られるように設計され、または光学センサの読み取りプロセスを妨害するように設計されていることを特徴とするレーストラック。
11. 請求項９または１０に記載のレーストラックにおいて、前記マーキングが、ラップタイム、油膜、トラックのごみ、砂利、またはハンドルコンディションの変化を含む追加情報の組合せから、前記レーストラック用に１以上の追加情報を実現することを特徴とするレーストラック。
    

Images