EP0935493B1 - Vorrichtung zur beeinflussung des fahrverhaltens von ferngesteuerten modellfahrzeugen - Google Patents

Vorrichtung zur beeinflussung des fahrverhaltens von ferngesteuerten modellfahrzeugen Download PDF

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EP0935493B1
EP0935493B1 EP96934521A EP96934521A EP0935493B1 EP 0935493 B1 EP0935493 B1 EP 0935493B1 EP 96934521 A EP96934521 A EP 96934521A EP 96934521 A EP96934521 A EP 96934521A EP 0935493 B1 EP0935493 B1 EP 0935493B1
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    • A63H30/00—Remote-control arrangements specially adapted for toys, e.g. for toy vehicles
    • A63H30/02—Electrical arrangements
    • A63H30/04—Electrical arrangements using wireless transmission

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beeinflussung des Fahrverhaltens von ferngesteuerten Modellfahrzeugen.
Von ferngesteuerten Modellflugzeugen ist es bekannt, daß ein Regelsystem die Lage oder Flugrichtung so regelt, daß eine Vorgabe möglichst genau eingehalten wird. Dabei greift das Regelsystem auf Meßwerte von in dem Modellflugzeug angeordneten Sensoren zurück.
Bei einem in dem US-Patent 5,507,455 vorgestellten Regelsystem besteht diese Vorgabe darin, das Modellflugzeug möglichst horizontal zuhalten.
Bei einem in der FR-A-2 397 001 vorgestellten Autopiloten besteht die Vorgabe aus Signalen, die durch den Flugzeugführer vorgegeben werden, und die Regelung bewirkt, daß diese Vorgabe möglichst genau eingehalten wird. In ähnlicher Weise erfolgt durch ein in der WO 94/14511 vorgestelltes Gerät eine Regelung des Steuerruders eines ferngesteuerten Hubschraubers aufgrund von Informationen über die Winkelgeschwindigkeit und die gegenwärtige Ausrichtung des Hubschraubers.
Bei den beiden zuletzt genannten Regelsystemen liegt das Problem zugrunde, daß die Seitenruder, Höhenruder, etc. des Flugzeugs/Hubschraubers wegen der Komplexität der Bewegung in drei Dimensionen niemals so genau ausgerichtet werden können, daß das Fluggerät genau die vom Flugzeugführer gewünschten Bewegungen ausführt.
Bei Modellfahrzeugen wie Modellautos oder Modellschiffen erfolgt die Bewegung in einer Ebene, d.h. in nur zwei Dimensionen. Die Bewegung ist daher durch den Fahrzeugführer viel besser vorgebbar, die vom Fahrzeugführer gewünschte Bewegung kann z.B. bei einem Modellauto sehr genau durch ein Lenksignal gesteuert werden. Es tritt somit nicht das Problem auf, daß die Bewegung auf die vom Fahrzeugführer gewünschte nachgeregelt werden muß. Hingegen treten dadurch Probleme auf, daß die vom Fahrzeugführer gewünschte Bewegung als solche gar nicht von dem Modellfahrzeug ausgeführt werden kann.
Bei derzeitigen Modellfahrzeugen, also Modellautos oder Modellschiffen, tritt beispielsweise oft das Problem auf, daß der Fahrzeugführer das Fahrzeug mit zu hoher Geschwindigkeit in eine Kurve führt. Als Folge davon gerät das Fahrzeug in einen instabilen Fahrzustand, das heißt das Fahrzeug wird aus der Kurve getragen oder beginnt zu schleudern (Übersteuern oder Untersteuern).
Der Erfindung liegt davon ausgehend die Aufgabe zugrunde, dies zu verhindern.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Mit dieser Vorrichtung ist es möglich, trotz einer zu starken Lenkeinschlagvorgabe oder zu hoher Geschwindigkeitsvorgabe durch den Fahrzeugführer das Ausbrechen des Fahrzeuges wirksam zu verhindern.
Weiterhin kann ein dritter Eingangsanschluß für ein weiteres Steuersignal vorgesehen sein, das eine durch einen Fahrzeugführer vorgebbare weitere Führungsgröße wiedergibt, und das von der Verarbeitungseinrichtung erzeugte erste Ausgangssignal eine von der ersten und der weiteren Führungsgröße und von der Störgröße abhängige erste Stellgröße wiedergibt.
Dazu weist die Vorrichtung einen dritten Eingangsanschluß für ein weiteres Steuersignal auf, das eine durch einen Fahrzeugführer vorgebbare weitere Führungsgröße wiedergibt. Außerdem erzeugt die Verarbeitungseinrichtung ein zweites Ausgangssignal, das eine von der ersten und/oder weiteren Führungsgröße und von der Störgröße abhängige weitere Stellgröße wiedergibt.
Vorzugsweise erfolgt dann bei einer Begrenzung und/oder Richtungsumkehr des Lenkanordnungsansteuersignal auch eine Begrenzung des Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssignals durch die Verarbeitungseinrichtung.
Außerdem wird das Maß der Begrenzung des Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssignals in Abhängigkeit von der Begrenzung und/oder Richtungsumkehr des Lenkanordnungsansteuersignal durch die Verarbeitungseinrichtung beeinflußt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Einstellmittel vorgesehen, durch die das Maß und die Rate der Begrenzung des Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssignals und/oder der Begrenzung und/oder Richtungsumkehr des Lenkanordnungsansteuersignal durch die Verarbeitungseinrichtung verändert werden.
Die Verarbeitungseinrichtung ist dazu eingerichtet, daß bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeuges in Abhängigkeit von dem Sensorsignal in einem vorbestimmten Maß das Lenkanordnungsansteuersignal verringert, begrenzt, oder invertiert wird.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die erste Sensoreinrichtung durch ein Gyroskop, vorzugsweise ein piezoelektrisches Vibrations-Gyroskop gebildet.
Alternativ dazu kann die erste Sensoreinrichtung auch durch zwei im Abstand zu einander in dem Fahrzeug angeordnete Beschleunigungssensoren gebildet sein.
Um zu herkömmlichen Fernsteuerungen kompatibel zu sein, ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet Signale vorbestimmter Gestalt zu verarbeiten und/oder auszugeben. Insbesondere sind dazu das erste Steuersignal, das Lenkanordnungsansteuersignal und/oder das Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssignal jeweils ein impulsförmiges Signal von vorzugsweise 0.5 - 2.6 msec Dauer.
Vorzugsweise ist die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung in einen Fernsteuerempfänger, in einen Modellfahrzeugservoantrieb, und/oder einen Modellfahrzeugfahrtenregler (Geschwindigkeitsregler) baulich integriert.
Obwohl die Vorrichtung für Modellfahrzeuge beschrieben ist, beschränkt sich die Erfindung nicht nur darauf. Vielmehr kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch bei Personenkraftfahrzeugen oder Lastkraftfahrzeugen einsetzen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen, Eigenschaften und Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung der Fig. deutlich.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Modellfahrzeug.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Detail.
Fig. 3 zeigt einen Schaltplan einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 als Auswerteschaltkreis bezeichnet, die einen ersten Eingangsanschluß 12 für ein erstes Steuersignal 14 , das eine durch einen Fahrzeugführer vorgebbare erste Führungsgröße wa in Form eines Lenkeingangssignals wiedergibt.
Ein Gyrosensor oder zwei Beschleunigungssensoren bilden eine Sensoreinrichtung 16, die ein zweites Steuersignal 18 abgibt, das eine mit der Drehgeschwindigkeit oder Querbeschleunigung des Modellfahrzeuges korrelierte Störgröße z wiedergibt.
Weiterhin weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine weiter unten detaillierter veranschaulichte Verarbeitungseinrichtung auf, die zum Empfang des ersten Steuersignals 14 mit dem ersten Eingangsanschluß 14 verbunden ist und zum Empfang des zweiten Steuersignals 18 einen zweiten Eingangsanschluß 20 aufweist.
Diese Verarbeitungseinrichtung erzeugt ein erstes Ausgangssignal 22, das eine von der ersten Führungsgröße wa und von der Störgröße z abhängige erste Stellgröße y1 wiedergibt, wobei die von der Verarbeitungseinrichtung erzeugte erste Stellgröße y1 die in Abhängigkeit von der Störgröße z auf ein vorbestimmbares Maß begrenzte oder veränderte Führungsgröße w ist.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist die durch den Fahrzeugführer vorgebbare erste Führungsgröße w ein Lenkanordnungsansteuersignal L und die von der Verarbeitungseinrichtung erzeugte erste Stellgröße y ein begrenztes und/oder in seiner Richtung umgekehrtes Lenkanordnungsansteuersignal L'. Dieses Lenkanordnungsansteuersignal L' wird in einer Treiberstufe 24 verstärkt und einem Servomotor 26 der Lenkung zugeführt.
In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Hierbei wird neben der Lenkung noch ein weiteres Signal, das "Gas-Signal" G verarbeitet. Dazu ist ein dritter Eingangsanschluß 30 für ein weiteres Steuersignal G vorgesehen, das eine durch einen Fahrzeugführer vorgebbare weitere Führungsgröße wb wiedergibt. Dieses Steuersignal G ist ein Geschwindigkeitsvorgabesignal.
Außerdem wird das von der Verarbeitungseinrichtung erzeugte erste Ausgangssignal so beeinflußt, daß es eine von der ersten und der weiteren Führungsgröße wa, wb und von der Störgröße z abhängige erste Stellgröße y1 wiedergibt. In anderen Worten wird das dem Servomotor der Lenkung zugeführte Lenksignal L' nicht nur durch das Signal von dem ersten Sensor 16 beinflußt, sondern darüber hinaus auch noch durch das von dem Fahrzeugführer vorgegebene Geschwindigkeitsvorgabesignal G.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform wird durch die Verarbeitungseinrichtung ein zweites Ausgangssignal G' erzeugt, das eine von der ersten und der weiteren Führungsgröße wa, wb und von der Störgröße z abhängige weitere Stellgröße y2 wiedergibt. Dies bedeutet, daß zusätzlich zu dem an den Servomotor der Lenkung noch ein Stellsignal für die Drehzahl des Antriebsmotors (zum Beispiel der Motordrosselstellung bei einem Verbrennungsmotor) bereitgestellt wird, das durch die Verarbeitungseinrichtung in Abhängigkeit von der Lenkeinschlagvorgabe und der Geschwindigkeitsvorgabe, sowie von dem Signal der Sensoreinrichtung 16 erzeugt wird.
Die Verarbeitungseinheit ist dazu eingerichtet, die Ausgangssignale jeweils so zu gestalten, daß bei einer Begrenzung und/oder Richtungsumkehr des Lenkanordnungsansteuersignals L' auch eine Begrenzung des Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssignals G' erfolgt.
Dazu weist die Verarbeitungseinrichtung Einstellmittel 42, 44 auf, um das Maß und die Rate der Begrenzung des Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssignals G', sowie Einstellmittel 46, 48, um das Maß und die Rate der Begrenzung und Richtungsumkehr des Lenkanordnungsansteuersignals durch die Verarbeitungseinrichtung festzulegen.
Dabei sind in der gezeigten Ausführungsform die Einstellmittel durch Trimmpotentiometer veranschaulicht. Dies trifft insbesondere zu, wenn es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung und der Verarbeitungseinrichtung um eine Analogschaltung (siehe auch die nachfolgende Beschreibung der Fig. 3) handelt. Es ist jedoch auch möglich, die Erfindung mittels eines Microcontrollers zu realisieren. In diesem Fall können die Einstellmittel jeweils zum Beispiel durch 8-fach DIP-Schalter realisiert sein, deren Schalterstellung durch den Microcontroller erfaßt wird und bei der Ausführung des Steuerprogramms berücksichtigt wird.
Unabhängig davon, ob eine Analogschaltung oder ein Microcontroller Verwendung findet, wird durch die Verarbeitungseinrichtung bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeuges in Abhängigkeit von dem Sensorsignal in einem vorbestimmten Maß das Lenkanordnungsansteuersignal L und/oder das Geschwindigkeitsvorgabesignal verringert, begrenzt, oder invertiert und als entsprechendes impulsförmiges Signal G' bzw. L' von vorzugsweise 0.5 - 2.6 msec Dauer ausgegeben.
In Fig. 3 ist eine einfache Analogschaltung gezeigt, die die wesentlichen Merkmale der Erfindung verkörpert. Ein von dem Gyrosensor 16 erzeugtes Referenz-Spannungssignal mit 2.3V ± 1.0V wird durch einen ersten Operationsverstärker OP1, der als Komparator geschaltet ist, mit dem Eingangssignal 14 verglichen. Das Ausgangssignal des Komparators wird dem invertierenden Eingang eines als Integrator geschalteten Operationsverstärkers OP2 zugeführt, während das vom Gyrosensor kommende Signal dem nicht-invertierenden Eingang dieses Integrators zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Integrators wird dem nicht-invertierenden Eingang eines als Vergleicher arbeitenden Operatonsverstärkers OP3 zugeführt, während ein von dem Gyrosensor erzeugtes Impulssignal mit einer Bandbreite von 50 Hz in einem Operationsverstärker OP4 verstärkt und dem invertierenden Eingang des Operatonsverstärkers OP3 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Operatonsverstärkers OP3 wird der Endstufe 24 in Fig. 1 zugeführt. Der Operatonsverstärker OP4 hat in seinem Rückkopplungszweig einen Trimmpotentiometer K1, über den die Verstärkung einstellbar ist.
Der Gyrosensor gibt ein der Drehung des Fahrzeuges entsprechendes Signal (1.11 mV/DEG/sec) ab. Diese der Drehgeschwindigkeit des Fahrzeugs ensprechende Größe wird dazu verwendet, festzulegen, in welchem Maß gegengesteuert werden soll. Bei einer Kurvenfahrt wird der Lenkausschlag in Abhängigkeit von der Trimmerstellung K1 zurückgenommen.
Die Lenkservostellung kann neben dem Lenkeingangssignal und/oder dem Gas/Bremssignal auch noch von anderen Faktoren abhängig gemacht werden.

Claims (10)

  1. Vorrichtung zur Beeinflussung des Fahrverhaltens von ferngesteuerten Modellautos oder Modellschiffen, mit
    einem ersten Eingangsanschluß (12) für ein erstes Steuersignal (14), das eine durch einen Fahrzeugführer vorgebbare erste Führungsgröße (wa) wiedergibt,
    einer Sensoreinrichtung (16), die ein zweites Steuersignal (18) abgibt, das eine mit der Drehgeschwindigkeit oder Querbeschleunigung des Modellfahrzeuges korrelierte Störgröße (Z) wiedergibt, und
    einem dritten Eingangsanschluß (30) für ein weiteres Steuersignal (G), das eine durch einen Fahrzeugführer vorgebbare weitere Führungsgröße (wb) wiedergibt, und
    einer Verarbeitungseinrichtung, die
    zum Empfang des ersten Steuersignals (14) mit dem ersten Eingangsanschluß (12) verbunden ist, und
    zum Empfang des weiteren Steuersignals (G) mit dem dritten Eingangsanschluß (30) verbunden ist,
    zum Empfang-des zweiten Steuersignals (18) einen zweiten Eingangsanschluß (20) aufweist, und
    ein erstes Ausgangssignal (22) erzeugt, das eine von der ersten und der weiteren Führungsgröße (wa, wb) und von der Störgröße (Z) abhängige erste Stellgröße (Y1) wiedergibt, wobei
    die durch den Fahrzeugführer vorgebbare erste Führungsgröße (wa) ein Lenkanordnungsansteuersignal (L) und die von der Verarbeitungseinrichtung erzeugte erste Stellgröße (Y) ein begrenztes und/oder in seiner Richtung umgekehrtes Lenkanordnungsansteuersignal (L') ist oder
    wobei die durch den Fahrzeugführer vorgebbare erste Führungsgröße (wa) ein Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssignal und die von der Verarbeitungseinrichtung erzeugte erste Stellgröße (Y1) ein begrenztes Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssignal ist.
  2. Vorrichtung zur Beeinflussung des Fahrverhaltens von ferngesteuerten Modellautos oder Modellschiffen nach Anspruch 1, wobei
    die Verarbeitungseinrichtung ein zweites Ausgangssignal (G') erzeugt, das eine von der ersten und/oder weitere Führungsgröße (wa, wb) und von der Störgröße (Z) abhängige weitere Stellgröße (Y2) wiedergibt.
  3. Vorrichtung zur Beeinflussung des Fahrverhaltens von ferngesteuerten Modellautos oder Modellschiffen nach Anspruch 1 oder 2, wobei
    die erste Führungsgröße (wa) ein Lenkanordnungsansteuersignal (L) und die weitere Führungsgröße (wb) ein Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssignal ist und
    bei einer Begrenzung und/oder Richtungsumkehr des Lenkanordnungsansteuersignals auch eine Begrenzung des Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssignals durch die Verarbeitungseinrichtung erfolgt.
  4. Vorrichtung zur Beeinflussung des Fahrverhaltens von ferngesteuerten Modellautos oder Modellschiffen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    das Maß der Begrenzung des Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssignals in Abhängigkeit von der Begrenzung und/oder Richtungsumkehr des Lenkanordnungsansteuersignal durch die Verarbeitungseinrichtung erfolgt.
  5. Vorrichtung zur Beeinflussung des Fahrverhaltens von ferngesteuerten Modellautos oder Modellschiffen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    durch Einstellmittel (42, 44) das Maß und die Rate der Begrenzung des Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssignals und/oder das Maß und die Rate (46, 48) der Begrenzung und/oder Richtungsumkehr des Lenkanordnungsansteuersignal für die Verarbeitungseinrichtung vorgebbar ist.
  6. Vorrichtung zur Beeinflussung des Fahrverhaltens von ferngesteuerten Modellautos oder Modellschiffen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    durch die Verarbeitungseinrichtung bei einer Kurvenfahrt des Fahrzeuges in Abhängigkeit von dem Sensorsignal in einem vorbestimmten Maß das Lenkanordnungsansteuersignal verringert, begrenzt, oder invertiert wird.
  7. Vorrichtung zur Beeinflussung des Fahrverhaltens von ferngesteuerten Modellautos oder Modellschiffen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    die Sensoreinrichtung (16) ein Gyroskop, vorzugsweise ein piezoelektrisches Vibrations-Gyroskop ist.
  8. Vorrichtung zur Beeinflussung des Fahrverhaltens von ferngesteuerten Modellautos oder Modellschiffen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    die Sensoreinrichtung (16) durch zwei im Abstand zu einander in dem Fahrzeug angeordnete Beschleunigungssensoren gebildet ist.
  9. Vorrichtung zur Beeinflussung des Fahrverhaltens von ferngesteuerten Modellautos oder Modellschiffen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    das erste Steuersignal, das Lenkanordnungsansteuersignal und/oder das Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitssignal ein impulsförmiges Signal von vorzugsweise 0.5 - 2.6 msec Dauer sind.
  10. Vorrichtung zur Beeinflussung des Fahrverhaltens von ferngesteuerten Modellautos oder Modellschiffen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
    diese in einen Fernsteuerempfänger, in einen Modellfahrzeugservoantrieb, und/oder einen Modellfahrzeugfahrtenregler (Geschwindigkeitsregler) baulich integriert ist.
EP96934521A 1996-10-02 1996-10-02 Vorrichtung zur beeinflussung des fahrverhaltens von ferngesteuerten modellfahrzeugen Expired - Lifetime EP0935493B1 (de)

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