[0001] Die Erfindung betrifft ein Spielfahrzeugsystem mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, ein Spielfahrzeugsystem mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 9 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Spielfahrzeugsystems mit den Merkmalen
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
[0002] Spiel- bzw. Modellfahrzeuge haben in zahlreichen Variationen große Verbreitung gefunden.
Für den Betrieb betätigt der Benutzer einen Fernsteuersender. Dessen Steuerausgangssignale
werden im Regelfall über eine Funkstrecke zu einem Empfänger des Spielfahrzeuges übertragen
und dort in eine entsprechende Fahrbewegung umgesetzt. Die wesentlichen Steuerfunktionen
bestehen dabei aus einer Rechts-Links-Steuerung sowie der Einstellung einer gewünschten
Fahrgeschwindigkeit einschließlich Beschleunigung und Verzögerung.
[0003] Das Spielfahrzeug selbst ist in grundlegenden technischen Merkmalen der üblichen
Auslegung eines Kraftfahrzeuges nachempfunden: Im Regelfall sind Vorder- und Hinterachse
mit insgesamt vier Rädern vorgesehen, wobei eine der Achsen, meistens die Vorderachse
lenkbar ist. Mindestens eines der Räder wird mittels eines Antriebsmotors angetrieben,
wodurch das Spielfahrzeug beschleunigt werden kann. Umgekehrt ist für eine Verzögerung
auch eine Bremsvorrichtung vorgesehen. Im Falle eines elektrischen Antriebes kann
die Beschleunigung und die Verzögerung mit dem gleichen Elektromotor einerseits im
Motorbetrieb und andererseits im Generatorbetrieb ausgeübt werden. Jedenfalls führen
Kurvenfahrten, Beschleunigungen und/oder Verzögerungen dazu, dass zumindest ein Teil
der Räder Reibkräfte auf den Untergrund in Längs- und/oder Querrichtung überträgt.
Damit das Spielfahrzeug auf dem Untergrund nicht rutscht, weisen die Räder eine Bereifung
aus Gummi, Elastomer-Kunststoffen oder ähnlichen Materialien auf.
[0004] Ein entsprechendes Spielfahrzeugsystem ist beispielsweise aus der
US 2014/0227941 A1 bekannt. Das Spielfahrzeug weist einen Antrieb mit zwei Antriebsmotoren, zwei Räder
zur Übertragung von Reibkräften und von Antriebsmoment auf einen Untergrund sowie
eine Lenkvorrichtung auf. Das gesamte Spielfahrzeugsystem umfasst zusätzlich eine
Steuereinheit, in die Steuereingangssignale des Fernsteuersenders eingespeist werden,
und welche Steuerausgangssignale generiert, die auf die Antriebsmotoren und die Lenkvorrichtung
einwirken. Ein ähnliches Spielfahrzeug ist in
US 2012/0253554 A1 offenbart. Hier wirkt der Antrieb entweder auf die beiden Räder der Vorderachse,
auf die beiden Räder der Hinterachse oder auf die Räder beider Achsen.
[0005] Im praktischen Betrieb hat sich gezeigt, dass solche ferngesteuerten Spielfahrzeuge
nur schwer zu beherrschen sind. Selbst bei nur geringen Antriebsleistungen lassen
sich Geschwindigkeiten und vor allem Beschleunigungen erzielen, die kaum in Relation
zu den verfügbaren Platzverhältnissen beispielsweise in einem Wohnzimmer stehen. Sofern
nicht gerade eine ausgewiesene Modell-Rennstrecke zur Verfügung steht, ist die Austragung
eines Fahrzeugrennens nur schwer möglich. Kollisionen und Materialbruch sind kaum
vermeidbar. Darüber hinaus stehen die erzielbaren Geschwindigkeiten und Beschleunigungen
auch vom optischen Erscheinungsbild her nicht im Verhältnis zur geringen Größe des
Spielfahrzeuges, so dass beim Betrieb ein eher unrealistischer Fahreindruck entsteht.
Eine vorsätzliche Limitierung von Beschleunigung und Geschwindigkeit ist zwar mitunter
möglich, beschränkt jedoch die Fahrdynamik in einer Weise, dass der Reiz des Betriebs
eines solchermaßen limitierten Spielfahrzeuges verloren geht.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Spielfahrzeugsystem
derart weiterzubilden, dass selbst unter beengten räumlichen Verhältnissen ein realistisch
wirkender Eindruck einer Fahrt unter Driftbedingungen vermittelt werden kann.
[0007] Diese Aufgabe wird durch ein Spielfahrzeugsystem mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
[0008] Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Spielfahrzeugsystem
derart weiterzubilden, dass selbst unter beengten räumlichen Verhältnissen ein dynamisch
wirkender und dennoch beherrschbarer Fahrbetrieb möglich ist.
[0009] Diese Aufgabe wird durch ein Spielfahrzeugsystem mit den Merkmalen des Anspruchs
9 gelöst.
[0010] Der Erfindung liegt noch die Aufgabe zugrunde, ein Betriebsverfahren für ein Spielfahrzeugsystem
anzugeben, mittels dessen auch unter beengten räumlichen Verhältnissen ein Modellfahrzeug
dynamisch wirkend und dennoch beherrschbarer betrieben werden kann.
[0011] Diese Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10
gelöst.
[0012] Die Erfindung beruht zunächst auf der Erkenntnis, dass ein Spielfahrzeug zwar gegenüber
einem manntragenden Kraftfahrzeug deutlich verkleinert werden kann, dass aber bestimmte
Parameter der Physik einer solchen Verkleinerung nicht folgen. Letzteres betrifft
insbesondere zwei Parameter der Fahrphysik, nämlich die Erdbeschleunigung g sowie
Reibungskoeffizienten µ. Die Erdbeschleunigung g kann als konstant angenommen werden.
Die zwischen den Rädern und dem Untergrund wirkenden Reibungskoeffizienten sind zwar
von Fahrzeug zu Fahrzeug unterschiedlich, liegen jedoch im Wesentlichen in der gleichen
Größenordnung. Dies führt dazu, dass auch die mit verschiedenen Fahrzeugen erzielbaren
Horizontalbeschleunigungen (Längsbeschleunigung, Verzögerung, Zentripetalbeschleunigung
bei Kurvenfahrt) zumindest näherungsweise gleich sind, und dies völlig unabhängig
von der tatsächlichen Größe des Fahrzeuges.
[0013] Die Erfindung basiert des Weiteren auf der Erkenntnis, dass mit kleiner werdendem
Fahrzeug die verfügbare Motor- und/oder Bremsleistung relativ zur Fahrzeuggröße überproportional
ansteigt. Dies bedeutet, dass bei Spielfahrzeugen der üblichen Größe die Fahrphysik
weniger durch die Antriebs- und/oder Bremsleistung, sondern vielmehr durch die verfügbare
Reibkraft zwischen den Rädern und dem Untergrund bestimmt wird. Unter diesen Umständen
lassen sich also mit einem kleinen Spielfahrzeug unter Ausnutzung der Haftreibgrenze
Horizontalbeschleunigungen erzielen, die in der gleichen Größenordnung wie bei einem
Großfahrzeug liegen. Bei einem beispielsweise im Maßstab 1:10 verkleinerten Spielfahrzeug
können Bremsverzögerungen erzielt werden, die skaliert auf die Größe des Modellfahrzeuges
10 mal so hoch sind wie beim Originalfahrzeug. Sinngemäß das Gleiche gilt auch für
Zentripetalbeschleunigungen bei Kurvenfahrt, so dass die am Spielfahrzeug tatsächlich
wirkende Fahrphysik keine maßstäbliche Verkleinerung wie beim Fahrzeug selbst erfährt.
Im Ergebnis bedeutet dies, dass bestimmte Grenzbetriebszustände, bei denen die Haftreibung
überschritten wird und das Spielfahrzeug anfängt zu rutschen, erst bei zu hohen Beschleunigungen
und zu hohen Kurvengeschwindigkeiten eintreten. Es sind aber gerade diese Grenzbetriebszustände,
die den Reiz eines Spielfahrzeugsystems ausmachen.
[0014] Hierauf aufbauend liegt ein erfindungswesentlicher Kerngedanke darin, dass zwar nicht
die an sich zu hohe, tatsächlich übertragbare maximale Reibkraft verkleinert wird,
dass aber eine in geeigneter Weise verkleinerte virtuelle Grenzhaftreibkraft vorgegeben
wird, und dass aufbauend auf dieser verkleinerten virtuellen Grenzhaftreibkraft zwei
unterschiedliche Betriebszustände rechnerisch simuliert werden: In einem Normalmodus,
in dem die rechnerisch ermittelte, allerdings unkorrigierte Betriebsreibkraft kleiner
als die virtuelle Grenzhaftreibkraft ist, wird das Fahrverhalten des Spielfahrzeuges
unter örtlicher Einwirkung einer virtuellen Betriebsreibkraft in Höhe der unkorrigierten
Betriebsreibkraft rechnerisch simuliert. Mit anderen Worten wird hier die Fahrphysik
mit auf dem Boden haftenden Rädern rechnerisch dargestellt. Alternativ dazu wird in
einem Rutschmodus, in dem die rechnerisch ermittelte unkorrigierte Betriebsreibkraft
größer als die Grenzhaftreibkraft ist, das Fahrverhalten des Spielfahrzeuges unter
örtlicher Einwirkung einer virtuellen, hier also korrigierten Betriebsreibkraft in
Höhe der virtuellen Gleitreibkraft simuliert. Mit anderen Worten wird hier die Fahrphysik
des rutschenden Fahrzeuges rechnerisch dargestellt. Im Ergebnis folgt nun das Spielfahrzeug
nicht mehr unmittelbar und direkt den Steuereingaben des Fahrers am Fernsteuersender,
sondern den von der rechnerischen Fahrsimulation erzeugten Steuerausgangssignalen
für Lenkung, Antriebsleistung, Bremse und/oder dergleichen. Diese stellen je nach
den Simulationsergebnissen die Fahrbewegung im haftenden oder rutschenden Zustand
dar. Durch geeignete Wahl bzw. Anpassung der virtuellen Grenzhaftreibkraft an die
Größe des Fahrzeuges stellt sich eine Fahrdynamik ein, bei der nicht nur die körperlichen
Abmaße des Fahrzeuges, sondern auch die die Fahrphysik maßgeblich beeinflussenden
Parameter eine entsprechende Verkleinerung erfahren haben. Das Spielfahrzeug weist
eine Steuereinheit, einen Antrieb mit Rollelementen zur Übertragung von Reibkräften
auf den Untergrund sowie eine Lenkvorrichtung auf. Die Steuereinheit ist dazu ausgelegt,
dass sie die oben umrissene rechnerische Fahrsimulation durchführt sowie hieraus Steuerausgangssignale
derart generiert und auf den Antrieb mit den Rollelementen sowie auf die Lenkvorrichtung
einwirken lässt, dass das Spielfahrzeug eine Fahrbewegung gemäß der rechnerischen
Fahrsimulation unter Einwirkung der virtuellen Betriebsreibkraft ausführt. Sinngemäß
das Gleiche gilt für das in vorstehend beschriebener Weise ausgeführte, korrespondierende
Betriebsverfahren. Trotz Verkleinerung ist eine präzise Abbildung des Fahrverhaltens
im Normal- und Rutschmodus sowie des Übergangsbereiches dazwischen möglich, da das
tatsächliche Fahrverhalten des Spielfahrzeuges mittels dessen Rollelemente immer,
auch im Rutschmodus unter den Bedingungen der Haftreibung herbeigeführt und nur der
optische Eindruck eines Rutschens vermittelt wird. Die aber zwischen den Rollelementen
und dem Untergrund tatsächlich immer vorhandene Haftreibung erlaubt einen präzisen
und kontrollierten Bewegungsablauf.
[0015] Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kann sich der Fahrer anspruchsvollen und
realistisch wirkenden Fahraufgaben widmen. Die virtuelle Grenzhaftreibkraft, die anstelle
der tatsächlich übertragbaren maximalen Reibkraft getreten ist, trägt nicht nur zu
einem realistischeren Gesamteindruck des Fahrverhaltens bei, sondern reduziert erheblich
die für den Grenzbereich zwischen Haften und Rutschen erforderlichen Geschwindigkeiten
bzw. Beschleunigungen. Der für realistisch wirkende Fahrmanöver erforderliche Platz
kann auf ein Minimum reduziert werden. Ganze Fahrzeugrennen einschließlich Driftkurven
und dergleichen lassen sich auf der Größe einer Schreibtischplatte austragen, während
dabei der optische Eindruck von hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen entsteht.
Die tatsächlichen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen sind jedoch so gering, dass
der Fahrer ausreichend Kontrolle behält.
[0016] Die vorstehenden Verhältnisse sind beispielhaft für den Fall beschrieben, dass eine
maßstäbliche Verkleinerung eines Originalfahrzeuges auf eine bestimmte Größe des Spielfahrzeuges
stattgefunden hat, während gleichzeitig auch die virtuelle Grenzhaftreibkraft um ein
entsprechendes Maß gegenüber der tatsächlich verfügbaren maximalen Grenzhaftreibkraft
derart verkleinert wurde, dass auch die erreichbaren Beschleunigungen zumindest näherungsweise
im gleichen Maßstab verkleinert sind. Sinngemäß das Gleiche kann natürlich auch für
eine Begrenzung der maximal erzielbaren Geschwindigkeiten gelten. Tatsächlich ist
im Rahmen der Erfindung aber keine maßstäbliche Kopplung zwischen der Größe des Spielfahrzeuges
und der virtuellen Grenzhaftreibkraft erforderlich. Vorrangig kommt es darauf an,
dass die virtuelle Grenzhaftreibkraft gegenüber der tatsächlich verfügbaren Grenzhaftreibkraft
überhaupt signifikant herabgesetzt wird, um unter den Umständen beengter Platzverhältnisse
bei kleinen Beschleunigungen und Kurvengeschwindigkeiten das Fahren im Grenzbereich
zwischen Haft- und Gleitreibung abzubilden. Darüber hinaus kann es auch zweckmäßig
sein, die virtuelle Grenzhaftreibkraft variabel zu gestalten. Hierdurch lässt sich
das Fahren auf unterschiedlichen Untergründen mit mehr oder weniger rutschigen Streckenabschnitten
simulieren.
[0017] In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Beschleunigung in
Richtung der Fahrzeuglängsachse vorgegeben und daraus eine Reibkraft in Richtung der
Fahrzeuglängsachse abgeleitet. Sofern diese Reibkraft die virtuelle Grenzhaftreibkraft
überschreitet, wird die Beschleunigung in Richtung der Fahrzeuglängsachse auf eine
Grenzbeschleunigung reduziert, welche mit der virtuellen Gleitreibkraft korrespondiert.
Als Beschleunigung ist hier jedwede Beschleunigung in Richtung der Fahrzeuglängsachse
gemeint, was also neben einer vorwärts gerichteten Erhöhung der Geschwindigkeit auch
eine bremsende Verzögerung entsprechend einer rückwärts gerichteten Beschleunigung
einschließt. Jedenfalls wird auf diese Weise entweder eine vorwärts gerichtete Beschleunigung
mit durchdrehenden Rädern oder aber eine bremsende Verzögerung mit blockierten Rädern
abgebildet und dadurch ein realistisches Fahrverhalten erzeugt.
[0018] Alternativ oder zusätzlich kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass bei
einer Fahrt entlang einer Fahrkurve mit einem örtlichen Radius eine Beschleunigung
des Spielfahrzeuges in Richtung des örtlichen Radius und daraus eine Reibkraft quer
zur Richtung der Fahrzeuglängsachse abgeleitet wird. Sofern diese quer zur Richtung
der Fahrzeuglängsachse wirkende Reibkraft die virtuelle Grenzhaftreibkraft überschreitet,
wirkt die Steuereinheit derart auf den Antrieb und/oder auf die Lenkvorrichtung des
Spielfahrzeuges ein, dass das Spielfahrzeug eine örtliche Bewegungskomponente quer
zur Fahrzeuglängsachse ausführt.
[0019] Die genannte "örtliche" Bewegungskomponente bedeutet, dass sie zwar für das gesamte
Fahrzeug gelten kann, nicht aber muss. Es kann schon ausreichen, wenn nur der Bug
oder das Heck des Fahrzeuges eine solche seitliche Bewegungskomponente zur Darstellung
des "Ausbrechens" ausführt.
[0020] Im einfachsten Fall führt das Spielfahrzeug eine Bewegung aus, die einem seitlichen
Wegrutschen ohne Richtungsänderung der Längsachse entspricht. In vorteilhafter Weiterbildung
liegt die Fahrzeuglängsachse im Normalmodus in einem ersten Winkel zur örtlichen Tangente
der Fahrkurve, wobei dann im simulierten Rutschmodus die Fahrzeuglängsachse ausgehend
von dem genannten ersten Winkel in einem zweiten Winkel zur örtlichen Tangente der
Fahrkurve überführt wird. Hierdurch lassen sich die Fahrverhältnisse beim Untersteuern,
aber insbesondere auch beim Übersteuern, also beim sogenannten "Driften" realistisch
abbilden.
[0021] Für die Umsetzung des vorstehend beschriebenen Betriebsverfahrens bedarf es an körperlichen
Mitteln einerseits einer entsprechend ausgelegten und programmierten Steuereinheit
sowie andererseits einer geeigneten körperlichen Ausgestaltung des Spielfahrzeuges.
Entsprechend dem letztgenannten Aspekt umfasst das Spielfahrzeug mindestens zwei Antriebsmotoren
und mindestens zwei Rollelemente zur Übertragung vom Antriebsmoment auf den Untergrund,
wobei die Rollelemente mittels der Antriebsmotoren unabhängig voneinander um jeweilige
Drehachsen drehend antreibbar sind. Das Spielfahrzeug umfasst des Weiteren mindestens
eine Lenkvorrichtung zur Verstellung von Orientierungsrichtungen der Drehachsen relativ
zur Fahrzeuglängsachse. Die insbesondere nach den vorstehend beschriebenen Maßgaben
ausgelegte Steuereinheit wirkt auf die Antriebsmotoren und die mindestens eine Lenkvorrichtung
ein. Hierdurch kann erreicht werden, dass das Modellfahrzeug losgelöst von der tatsächlichen
Ausrichtung seiner Längsachse in beliebiger Richtung bewegt werden kann. Die Fahrzeuglängsachse
kann umgekehrt in eine beliebige Relativausrichtung zur momentanen Bewegungsrichtung
gebracht werden, so dass einerseits der Normalmodus und andererseits der Rutschmodus
augenfällig und realistisch umgesetzt werden kann, ohne dass tatsächlich ein Rutschen
der Rollelemente auf der Oberfläche stattfindet. Im Rahmen der Erfindung ist es aber
nicht zwingend erforderlich, dass das vorstehend beschriebene Betriebsverfahren bzw.
eine entsprechend ausgelegte Steuereinheit zum Einsatz kommt. Vielmehr kann es in
einem weiteren Aspekt der Erfindung auch ausreichen, die Steuereinheit einfacher auszuführen
und auf die genannte Simulation ganz oder teilweise zu verzichten, sofern das Spielfahrzeug
im Übrigen gemäß der vorstehenden Beschreibung körperlich ausgestaltet ist. Beispielsweise
durch ein benutzerseitig gegebenes Signal (z.B. Drücken eines "Drift"-Knopfes) oder
bei Erfüllung einfacher logischer Bedingungen (z.B. wenn "Fahrgeschwindigkeit ≥ x"
und "Lenkeinschlag ≥ y" dann ...) kann das Spielfahrzeug so bewegt werden, dass seine
Fahrzeuglängsachse nicht parallel zur örtlichen Bewegungsrichtung liegt. Jedenfalls
ist auch hierdurch eine Möglichkeit geschaffen, selbst bei vergleichbar langsamer
Fahrt und/oder unter räumlich beengten Bedingungen eine Fahrt mit dem realistisch
wirkenden Eindruck einer Drift-Bewegung durchzuführen.
[0022] Für die vorgenannte körperliche Ausgestaltung kommen verschiedene Varianten in Betracht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind zwei Antriebseinheiten mit je einem Antriebsmotor,
mit je einem Rollelement und mit je einer eigenen Lenkvorrichtung vorgesehen, wobei
je eine Antriebseinheit in Richtung der Fahrzeuglängsachse vor bzw. hinter dem Schwerpunkt
des Spielfahrzeuges angeordnet ist. Infolge dieser Ausgestaltung steht das Fahrzeug
in seinem Bugbereich und in seinem Heckbereich auf je einer dieser Antriebseinheiten
auf. Der Bugbereich und der Heckbereich des Spielfahrzeuges können unabhängig voneinander
in mehr oder weniger ausgeprägte seitliche Bewegung versetzt werden, was nahezu beliebige
Möglichkeiten einer Abbildung des Fahrverhaltens im Grenzbereich zwischen Haft- und
Gleitreibung ermöglicht.
[0023] In vorteilhafter Weiterbildung der vorgenannten Ausführung umfassen die beiden Lenkvorrichtungen
je ein Drehgestell mit einer vertikalen Lenkachse und mit einem zugeordneten Lenkantrieb,
wobei je einem Drehgestell je ein Antriebsmotor zugeordnet ist. Mindestens je ein
Rollelement ist in Form eines Antriebsrades ausgebildet und mit einer zugeordneten
ersten bzw. zweiten Drehachse derart am jeweiligen Drehgestell gelagert, dass die
erste Drehachse und die zweite Drehachse unabhängig voneinander mittels der beiden
Drehgestelle verstellbar sind. Insbesondere sind auf jeder der beiden Drehachsen je
zwei Antriebsräder in einem axialen Abstand zueinander angeordnet. Die Anordnung ist
mechanisch einfach im Aufbau und zuverlässig im Betrieb. Bei insgesamt drei und bevorzugt
vier Antriebsrädern steht das Modellfahrzeug in den meisten Fällen solide auf eben
diesen Antriebsrädern auf. Zusätzliche Stützmaßnahen sind allenfalls bei stark ausgelenkten
Antriebseinheiten erforderlich, und dann auch nur in geringfügigem, das Fahrverhalten
nicht beeinträchtigendem Maße.
[0024] Alternativ kann es zweckmäßig sein, dass die Rollelemente kugelförmig sind, wobei
erste und zweite Antriebswellen mit je einem zugeordneten Antriebsmotor in einem rechten
Winkel zueinander angeordnet sind und reibschlüssig an der kugelförmigen Oberfläche
der Rollelemente angreifen. Hierbei ist die Lenkvorrichtung durch eine Koordinationseinheit
für eine koordinierte Drehzahlabstimmung der ersten und zweiten Antriebswellen gebildet.
Die Kugeln erlauben eine unmittelbare und zeitlich verzögerungsfreie Ausrichtungsänderung
ihrer aktuell wirkenden Drehachse, ohne dass ein eigener Drehantrieb dafür erforderlich
wäre. Transiente Zustandsänderungen können verzögerungsfrei dargestellt werden.
[0025] In einer vorteilhaften Alternative sind nicht zwei, sondern nur genau eine Antriebseinheit
vorgesehen, welche zwei Antriebsmotoren, zwei Rollelemente in Form von Rädern sowie
eine Lenkvorrichtung umfasst. Das erste Rollelement ist vom ersten Antriebsmotor um
die erste Drehachse antreibbar. Das zweite Rollelement ist in einem axialen Abstand
zum ersten Rollelement angeordnet und vom zweiten Antriebsmotor um die zweite Drehachse
antreibbar, und zwar unabhängig vom ersten Antriebsmotor. Die erste Drehachse und
die zweite Drehachse sind durch die eine Lenkvorrichtung gemeinsam verstellbar. Der
Mittelpunkt zwischen den beiden Rollelementen liegt im Bereich des Schwerpunktes des
Spielfahrzeuges, so dass das Spielfahrzeug mit dem größten Teil seines Eigengewichtes
auf den Rollelementen dieser einen Antriebseinheit aufsteht. Diese mechanisch sehr
einfache aber dennoch sehr wirkungsvolle Ausführung basiert auf der Erkenntnis, dass
die in der Ebene des zu befahrenden Untergrundes wirkende Fahrphysik auf drei Bewegungsgrößen
reduziert werden kann, nämlich auf zwei laterale Bewegungskomponenten in zwei senkrecht
zueinander stehenden Richtungen sowie auf eine Drehbewegung um eine vertikale Hochachse.
Dies lässt sich tatsächlich auch mechanisch umsetzen, wenn der Mittelpunkt zwischen
den beiden Rollelementen im Bereich des Schwerpunktes vom Spielfahrzeug liegt. Dann
nämlich wird der Großteil der wirkenden Massenkräfte von den beiden Rollelementen
bzw. den beiden Rädern aufgenommen und in Reibkraft umgesetzt. Zwar reichen die beiden
Räder nicht für eine vollständige Abstützung des Fahrzeuges aus. Radattrappen oder
andere Teile des Fahrzeuges können aber für eine Lagestabilisierung mit nur geringen
Auflagerkräften herangezogen werden, ohne dass sie wegen ihrer kleinen Auflager- und
Reibkräfte die von der Antriebseinheit vorgegebenen Fahrverhältnisse nennenswert verfälschen.
[0026] An die optische Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Spielfahrzeuges sind keine besonderen
Anforderungen gestellt. Hier kann jede abstrakte, aber auch vorbildähnliche Form gewählt
werden. Gleichwohl hat sich herausgestellt, dass der Eindruck einer "verkleinerten"
Fahrphysik dann besonders realistisch ausfällt, wenn das Spielfahrzeug in seinem äußeren
Erscheinungsbild einige wesentliche Merkmale von manntragenden Kraftfahrzeugen wiedergibt.
Dies beinhaltet vor allem die Räder des Originalkraftfahrzeuges, welche hier jedoch
nicht in gleicher Funktion als Räder zum Einsatz kommen können. In bevorzugter Weiterbildung
der Erfindung ist deshalb mindestens ein Paar von Radattrappen vorgesehen, wobei ein
Paar von Radattrappen zweckmäßig lenkbar oder frei mitlenkend ausgestaltet ist. Als
"Radattrappe" ist hier ein Element gemeint, welches zwar das optische Erscheinungsbild
eines Rades aufweist, nicht aber dessen Funktion ausführt. Solche Radattrappen dürfen
zwar auf dem zu befahrenden Untergrund aufstehen und ggf. auf diesem auch abrollen.
Da jedoch der weitaus größte Teil der Gewichtskräfte von den weiter oben beschriebenen
Rollelementen aufgenommen wird, dienen sie allenfalls als Abstützhilfe mit signifikant
kleineren Aufstandskräften, ohne dass sich hier signifikante seitliche Reibkräfte
einstellen. Die Radattrappen geben damit nicht die Bewegung des Spielfahrzeuges vor,
was ja Aufgabe der vorgenannten Rollelemente bzw. der einen oder zwei vorgenannten
Antriebseinheiten ist. Auch eine eventuell vorhandene Lenkbewegung der Radattrappen
hat keinen direkten Einfluss auf die Fahrrichtung des Spielfahrzeuges. Mit anderen
Worten können die Radattrappen zwar in fahrzeugtypischer Position angebracht sein
und wie gewöhnliche Räder aussehen, haben im Unterschied zu diesen aber weder eine
antreibende noch eine spurführende Funktion. Die geringen, aber vorhandenen Aufstandskräfte
der Radattrappen in Verbindung mit einer Schwenklagerung und einem Nachlauf können
dazu genutzt werden, dass diese Radattrappen in ihrer Ausrichtung dem jeweiligen Bahnverlauf
folgen, also frei mitlenkend sind. Im größeren Teil der erzielbaren Fahrzustände verstärkt
dies den optischen Eindruck einer zutreffenden Abbildung des Fahrverhaltens. Natürlich
ist es auch möglich, die Radattrappen lenkbar auszugestalten und aktiv in ihrer Lenkbewegung
anzusteuern. Wenn beispielsweise beim Über- oder Untersteuern die durch die eingeschlagenen
Radattrappen angegebene Steuerrichtung nicht mit der tatsächlichen Fahrbewegung übereinstimmt,
wird der optische Eindruck des seitlichen Rutschens verstärkt. Die Radattrappen können
außerdem derart ausgestaltet sein, dass sie die tatsächlich wirkenden Antriebseinheiten
und insbesondere deren die Fahrbewegung erzeugenden Rollelemente visuell abdecken.
Auch dies trägt zu einem realistischen Erscheinungsbild der Fahrbewegung statt.
[0027] Eingangs wurden die Grundzüge der rechnerischen Fahrsimulation in der Steuereinheit
und daraus ableitend die Generierung der Steuerausgangssignale in abstrakter Form
erläutert, was für erfindungsgemäße Spielfahrzeuge in beliebiger Ausgestaltung unabhängig
von ihren Details gilt. Sofern aber das Spielfahrzeug wenigstens insoweit einem originalen
Radfahrzeug nachempfunden ist, dass es mindestens ein Paar von Radattrappen aufweist,
so werden diese Radattrappen auch der Fahrsimulation zugrunde gelegt. Genauer ausgedrückt
werden dann der rechnerischen Fahrsimulation die virtuelle Grenzhaftreibkraft, die
virtuelle Gleitreibkraft, die unkorrigierte Betriebsreibkraft und die virtuelle Betriebsreibkraft
zwischen den Radattrappen und dem Untergrund unter der Annahme zugrunde gelegt, dass
das Spielfahrzeug auf Rädern gemäß der Radattrappen rollen und von diesen angetrieben
werden würde. Aufbauend auf dem Ergebnis dieser rechnerischen Fahrsimulation entsteht
dann eine physische Fahrbewegung, die den realistischen Eindruck vermittelt, als ob
das Spielfahrzeug auf seinen Radattrappen fahren bzw. rutschen würde, während die
tatsächliche Fahrbewegung aber nicht mittels der Radattrappen, sondern mittels der
Lenkvorrichtung(en) und der Antriebseinheit(en) einschließlich der genannten Rollelemente
herbeigeführt wird.
[0028] Es kann zweckmäßig sein, die Steuereinheit, in welcher die rechnerische Simulation
der Fahrphysik und die Erzeugung der Steuerausgangssignale stattfinden, im Spielfahrzeug
bzw. in dessen Empfangseinheit unterzubringen. Bevorzugt ist die Steuereinheit jedoch
im Fernsteuersender angeordnet, so dass nur die in erfindungsgemäßer Weise aufgearbeiteten
Steuerausgangssignale vom Fernsteuersender zum Empfänger des Spielfahrzeuges übertragen
werden müssen. An die Empfangseinheit des Spielfahrzeuges sind keine besonderen Anforderungen
gestellt, so dass dieses sehr klein und auch sehr kostengünstig gebaut werden kann.
Es kommt ein handelsüblicher Fernsteuersender in Betracht, der um eine entsprechende
Steuereinheit zu ergänzen ist, bzw. der in geeigneter Weise umprogrammiert wird. Bevorzugt
ist jedoch die Baueinheit aus Steuereinheit und Fernsteuersender durch ein programmiertes
Smartphone oder durch ein anderes mobiles Endgerät wie ein Tablet oder dergleichen
gebildet. Die genannten Geräte verfügen im Regelfall über ausreichend Rechenleistung
und außerdem über geeignete Funkschnittstellen, so dass entsprechende Hardware für
ein breites Publikum ohne Zusatzinvestitionen verfügbar ist. Es bedarf lediglich einer
geeigneten Programmierung.
[0029] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigen:
- Fig. 1
- in einer schematischen Draufsicht ein erfindungsgemäßes Spielfahrzeugsystem mit einem
Smartphone als Fernsteuersender und mit einem Spielfahrzeug bei Längsbeschleunigung;
- Fig. 2
- in einer schematischen Diagrammdarstellung die Zusammenhänge zwischen einer unkorrigierten
Betriebsreibkraft und einer korrigierten virtuellen Betriebsreibkraft als Basis für
die erfindungsgemäße Ansteuerung des Spielfahrzeuges;
- Fig. 3
- das Spielfahrzeug nach Fig. 1 bei Kurvenfahrt im Normalmodus;
- Fig. 4
- das Spielfahrzeug nach den Fig. 1 und 2 im Rutschmodus beim Übersteuern;
- Fig. 5
- in einer perspektivischen Unteransicht ein erstes Ausfiihrungsbeispiel einer Antriebsanordnung
für ein Spielfahrzeug nach den Fig. 1 bis 4 mit zwei Drehgestellen, welche jeweils
mit zwei Antriebsrädern ausgestattet sind, und mit drei von insgesamt vier Radattrappen;
- Fig. 6
- in einer perspektivischen Draufsicht einen Teil der Anordnung nach Fig. 5 mit Einzelheiten
zur Ausgestaltung des Drehgestells;
- Fig. 7
- in einer perspektivischen Draufsicht eine Variante der Ausführung nach den Fig. 5
und 6 mit nur einem zentralen Drehgestell;
- Fig. 8
- in einer perspektivischen Unteransicht eine weitere Variante der Anordnung nach den
Fig. 5 und 6 mit Kugeln anstelle von Rädern zur Bildung der antreibenden Rollelemente;
und
- Fig. 9
- in einer Draufsicht das Fahrgestell nach Fig. 8 mit Einzelheiten zur Interaktion der
Kugeln mit zugeordneten Antriebswellen.
[0030] Fig. 1 zeigt in einer schematischen Draufsicht ein erfindungsgemäßes Spielfahrzeugsystem,
welches ein Spielfahrzeug 1 sowie einen zugeordneten Fernsteuersender 2 umfasst. Der
Fernsteuersender 2 kann ein im Modellbau üblicher Funkfernsteuersender sein. Im gezeigten
bevorzugten Ausführungsbeispiel ist als Fernsteuersender 2 ein Smartphone gewählt.
Als Alternative zum Smartphone kommt auch ein Tablet in der üblichen Ausgestaltung
oder dgl. in Betracht.
[0031] Das Spielfahrzeug 1 ist mit einem Empfänger 4 versehen, der Steuerausgangssignale
des Fernsteuersenders 2 empfängt. Das Spielfahrzeug 1 umfasst des Weiteren hier nicht
dargestellte, weiter unten aber näher beschriebene, das Spielfahrzeug 1 antreibende
Rollelemente 6, 8 sowie eine Lenkvorrichtung, die entsprechend den Vorgaben des Fernsteuersenders
2 mittels des Empfängers 4 angesteuert bzw. betätigt werden.
[0032] Im gezeigten Ausführungsbeispiel empfängt der Empfänger 4 die Steuerausgangssignale
des Fernsteuersenders 2 über eine dazwischen liegende Funkstrecke. Hierbei kann es
sich beispielsweise um einen Bluetooth-Verbindung handeln, wobei aber auch andere
Übertragungsprotokolle und Sendefrequenzen in Betracht kommen. Andere Formen der Signalübertragung
beispielsweise über Infrarot oder kabelgebunden sind im Rahmen der Erfindung ebenfalls
realisierbar.
[0033] Das Spielfahrzeug 1 kann eine mehr oder weniger ausgeprägte Ähnlichkeit zu einem
manntragenden Vorbildfahrzeug aufweisen, ist jedoch gegenüber diesem verkleinert.
An die tatsächliche Größe des Spielfahrzeuges 1 sind keine besonderen Anforderungen
gestellt. Für den angestrebten Betrieb unter räumlich beengten Platzverhältnissen
ist jedoch eine maximale Fahrzeuglänge von einem Meter bis hinunter zu wenigen Zentimetern
wünschenswert und im Rahmen der Erfindung auch realisierbar. Bei einer maßstäblichen
Verkleinerung eines Vorbildfahrzeuges bieten sich die üblichen Verkleinerungsmaßstäbe
von 1:8, 1:10 und 1:12 bis hin zu 1:24 oder noch kleiner an. Ungeachtet einer tatsächlichen
oder eben nicht ausgeführten maßstäblichen Abbildung sind aber vorteilhaft mindestens
eine virtuelle Vorderachse 23 und mindestens eine virtuelle Hinterachse 24 mit in
den Fig. 5 ff. dargestellten Radattrappen 21, 22 vorgesehen. Die hier gewählte Bezeichnung
der Vorder- und Hinterachsen 23, 24 als "virtuell" ergibt sich aus den nachfolgenden
Erläuterungen der Erfindung.
[0034] Im Betrieb fährt das Spielfahrzeug 1 auf einem nicht näher dargestellten Untergrund
5. Bei einer gleichförmigen Geradeausfahrt wirken zwischen dem Spielfahrzeug 1 und
dem Untergrund 5 in der Ebene des Untergrundes 5 keine nennenswerten Horizontalkräfte.
Letzteres ändert sich, sobald Beschleunigungen auf das Spielfahrzeug 1 in der Ebene
des Untergrundes 5 einwirken.
[0035] In Fig. 1 ist zunächst beispielhaft der einfache Fall einer Betriebsbeschleunigung
a
b nach vorne in Richtung der Fahrzeuglängsachse 10 dargestellt. Ein Teilziel der erfindungsgemäßen
Ausgestaltung und des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufes besteht in der Erweckung
des Eindruckes, als ob das Spielfahrzeug 1 auf seinen Radattrappen 21, 22 der virtuellen
Vorder- und Hinterachsen 23, 24 aufstehen und fahren würde. Zur Erzielung der Betriebsbeschleunigung
ab müssten nun zwischen dem Spielfahrzeug 1 und dem Untergrund 5 eine entgegengesetzte
antreibende Reibkraft wirken. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bedeutet dies, dass
die Radattrappen 21, 22, wenn sie das Spielfahrzeug 1 antreiben würden, eine in entgegengesetzter
Richtung wirkende Reibkraft auf den Untergrund 5 ausüben müssten. Mit steigender Betriebsbeschleunigung
ab steigt auch der Betrag der erforderlichen Reibkraft. Falls anstelle der Radattrappen
21, 22 reguläre Räder vorhanden wären, auf denen das Spielfahrzeug 1 aufstehen würde,
und mittels derer das Spielfahrzeug 1 angetrieben werden würde, wäre jedoch die tatsächlich
abrufbare bzw. übertragbare maximale Reibkraft zwischen den durch die Radattrappen
21, 22 dargestellten Antriebsrädern und dem Untergrund 5 so groß, dass ohne weitere
Maßnahmen eine entsprechende unkorrigierte Betriebsreibkraft F
b zu einer derartig großen Betriebsbeschleunigung ab führen würde, die in keinem realistisch
wirkenden Verhältnis zur Größe des Spielfahrzeuges 1 steht. Deshalb wird gemäß der
Erfindung das Maximum der Reibkraft wie folgt beschränkt:
[0036] Die vom Benutzer erzeugten Steuereingangssignale werden vom Fernsteuersender 2 nicht
unmittelbar in Steuerausgangssignale umgesetzt. Vielmehr ist eine Steuereinheit 3
vorgesehen, die hier im Fernsteuersender 2 integriert ist, und in die die genannten,
vom Benutzer bzw. vom Fahrer erzeugten Steuereingangssignale des Fernsteuersenders
2 eingespeist werden. Die Steuereinheit 3 generiert hierauf aufbauend gemäß den nachfolgend
beschriebenen Maßgaben abgewandelte Steuerausgangssignale, die dann auf den Antrieb
und auf die Lenkvorrichtung des Spielfahrzeuges 1 einwirken. Hierzu kommt eine Steuereinheit
3 zum Einsatz, welche für eine bestimmte, nachfolgend beschriebene rechnerische Fahrsimulation
ausgelegt und programmiert ist.
[0037] Das erfindungsgemäß beeinflusste Fahrverhalten beruht auf einer Beschränkung der
maximal erzielbaren Betriebsbeschleunigung ab mittels Substitution der unkorrigierten
Betriebsreibkraft F
b durch eine korrigierte, virtuelle Betriebsreibkraft F
v, wie es schematisch im Diagramm nach Fig. 2 dargestellt ist. Hierzu wird eine virtuelle
Grenzhaftkraft F
m definiert, die kleiner ist als die tatsächlich mittels der Antriebselemente 6, 8
(Fig. 5 ff.) auf den Untergrund 5 übertragbare maximale Reibkraft. Außerdem wird eine
virtuelle Gleitreibkraft F
g definiert, die ihrerseits ≤ der virtuellen Grenzhaftreibkraft F
m ist. All diese Kräfte sind in Fig. 1 schematisch eingezeichnet und als fest vorgegebene
oder variable Parameter in der Steuereinheit 3 abrufbar. Die virtuelle Grenzhaftkraft
F
m und die virtuelle Gleitreibkraft F
g können optional so bemessen werden, dass die daraus resultierenden Betriebsbeschleunigungen
a
b zumindest näherungsweise im gleichen Maßstab gegenüber einem Original betragsmäßig
verkleinert werden wie das Spielfahrzeug 1 selbst, wobei als Bezugsgröße für diese
Verkleinerung eine solche tatsächliche Grenzhaftkraft, eine solche tatsächliche Gleitreibkraft
und eine solche tatsächliche Betriebsbeschleunigung a
b des Originals zugrunde gelegt werden können, wie sie aus dem Wechselspiel zwischen
Originalreifen und Originaluntergrund bekannt bzw. zu erwarten sind.
[0038] Das erfindungsgemäße Prinzip in einem Aspekt der Erfindung wird am einfachen Beispiel
des Beschleunigens gemäß der Zusammenschau der Fig. 1 und 2 deutlich: Der Fahrer gibt
mittels des Fernsteuersenders 2 "Gas", erzeugt also das Steuereingangssignal des Beschleunigens.
Hierauf aufbauend wird in der Steuereinheit 3 eine rechnerische Fahrsimulation durchgeführt,
innerhalb derer die zwischen dem Spielfahrzeug 1 und dem Untergrund 5 wirkenden und
zunächst noch unkorrigierten Betriebsreibkräfte F
b rechnerisch ermittelt und mit der virtuellen Grenzhaftreibkraft F
m verglichen werden. Genauer werden hier die zwischen den faktisch nicht vorhandenen,
virtuell aber angenommenen Rädern der virtuellen Vorder- und Hinterachsen 23, 24 und
dem Untergrund 5 wirkenden unkorrigierten Betriebsreibkräfte F
b der rechnerischen Simulation zugrunde gelegt. Die Radattrappen 21, 22 (Fig. 5 bis
9) stellen die genannten virtuellen Räder nur optisch dar, erfüllen jedoch nicht deren
fahrphysikalische Funktion.
[0039] Solange der Fahrer eine nur mäßige Beschleunigung vorgibt, bei der die unkorrigierte
Betriebsreibkraft F
b kleiner ist als die virtuelle Grenzhaftkraft F
m, gelten die Gesetze der Haftreibung zwischen Rädern und Untergrund 5, was hier als
Normalmodus bezeichnet wird. In der rechnerischen Fahrsimulation wird als eine der
Ausgangsgrößen eine virtuelle Betriebsreibkraft F
v bestimmt. Im Normalmodus wird die virtuelle Betriebsreibkraft F
v in Betrag und Richtung gleich der unkorrigierten Betriebsreibkraft F
b gesetzt. Das Fahrverhalten des Spielfahrzeuges 1 wird folglich unter örtlicher Einwirkung
der Betriebsreibkraft F
b entsprechend einer Haftreibkraft rechnerisch in der Steuereinheit 3 simuliert.
[0040] Sofern jedoch der Fahrer zu viel "Gas" gibt, sofern also dabei die in der rechnerischen
Fahrsimulation ermittelte zugehörige unkorrigierte Betriebsreibkraft F
b größer als die eingangs vorgegebene virtuelle Grenzhaftreibkraft F
m ist, soll sich ein Fahrverhalten wie bei durchdrehenden Rädern einstellen. Dies wird
hier als Rutschmodus bezeichnet, bei der die virtuelle Gleitreibkraft F
g wirkt. Die virtuelle Betriebsreibkraft F
v wird dabei in Betrag und Richtung gleich der virtuellen Gleitreibkraft F
g gesetzt und der rechnerischen Fahrsimulation zugrunde gelegt. Das Spielfahrzeug 1
bewegt sich also in der rechnerischen Simulation, als ob die Räder unter Einwirkung
der virtuellen Gleitreibkraft F
g durchdrehen würden.
[0041] In beiden Fällen des Normalmodus oder des Rutschmodus werden nun unter Zugrundelegung
der jeweils rechnerisch ermittelten virtuellen Betriebsreibkräfte F
v dazu korrespondierende Steuerausgangssignale derart generiert, dass das Spielfahrzeug
1 eine Fahrbewegung gemäß der rechnerischen Fahrsimulation ausführt. Im Falle des
Beispiels nach Fig. 1 heißt dies, dass das Spielfahrzeug 1 im Normalmodus unter Zugrundelegung
der unkorrigierten Betriebsreibkraft F
b eine Beschleunigung ab durchführt. Sofern jedoch der Fahrer eine zu große Beschleunigung
vorgibt, die zu einer Fahrsimulation im Rutschmodus führt, wird die unkorrigierte
Betriebsreibkraft F
b in Betrag und Richtung auf die virtuelle Gleitreibkraft F
g gesetzt, was zu einer entsprechend beschränkten Vorwärtsbeschleunigung führt. Analog
das Gleiche gilt aber auch für rückwärts gerichtete Beschleunigungen entsprechend
einem Bremsmanöver, wobei im Normalmodus die Gesetze der Haftreibung gelten, und wobei
infolge einer zu ausgeprägten Bremsbetätigung ein Blockieren der Räder simuliert wird,
indem der Verzögerung die virtuelle Gleitreibkraft F
g zugrunde gelegt wird. Natürlich kann gemäß der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise
auch diejenige Hysterese mit berücksichtigt und abgebildet werden, die aus der im
Vergleich zur virtuellen Grenzhaftkraft F
m kleineren virtuellen Gleitreibkraft F
g folgt: Die virtuelle Betriebsreibkraft F
v wird erst dann wieder gleich der unkorrigierten Betriebsreibkraft F
b gesetzt, wenn der Fahrer die Beschleunigung a und damit die unkorrigierten Betriebsreibkraft
F
b auf ein Maß unterhalb der virtuellen Gleitreibkraft F
g zurücknimmt. Bei einer Vergrößerung der Beschleunigung a wirkt also das Erreichen
der virtuellen Grenzhaftkraft F
m als Umschaltsignal vom Normalmodus in den Rutschmodus, während bei einer Rücknahme
der Beschleunigung a das Erreichen der virtuellen Gleitreibkraft F
g als Umschaltsignal vom Rutschmodus in den Normalmodus wirkt.
[0042] Vorstehend sind die Simulationsverhältnisse für den einfachen Fall einer Längsbeschleunigung
beschrieben. Ergänzend hierzu zeigt Fig. 3 das Spielfahrzeug 1 nach Fig. 1 in Kurvenfahrt.
Das Spielfahrzeug 1 bewegt sich mit einer bestimmten Vorwärtsgeschwindigkeit entlang
einer Fahrkurve 27 mit einem örtlichen Kurvenradius r um einen zugeordneten örtlichen
Mittelpunkt M. Für die Bestimmung der örtlichen Bewegungs- und Kraftverhältnisse kann
am Spielfahrzeug 1 ein beliebiger Referenzpunkt gewählt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist als Referenzpunkt der Schwerpunkt S des Spielfahrzeuges 1 gewählt. Der Schwerpunkt
S bewegt sich in Richtung einer Tangente t zur Fahrkurve 27 mit einer bestimmten Geschwindigkeit.
Aus dieser Geschwindigkeit und dem örtlichen Kurvenradius r ergeben sich eine zum
Mittelpunkt M hin gerichtete Zentripetalbeschleunigung a
y sowie eine zugeordnete, radial nach außen gerichtete Querkraft F
y. Beide können im Rahmen der mittels der Steuereinheit 3 durchgeführten rechnerischen
Fahrsimulation ermittelt werden. Zusätzlich, also gleichzeitig, kann auch eine Längsbeschleunigung
a
x ausgeführt werden, die hier beispielhaft nach hinten gerichtet ist und damit einem
Bremsmanöver entspricht. Hierzu korrespondiert eine entgegen gerichtete Längskraft
F
x, wobei die Längsbeschleunigung a
x und die Längskraft F
x analog zur Vorgehensweise entsprechend Fig. 1 ermittelt werden. Die Längs- und Querbeschleunigungen
a
x, a
y können vektoriell zu einer unkorrigierten Betriebsbeschleunigung ab zusammengesetzt
werden. Gleiches gilt auch für eine vektorielle Addition der Längskraft F
x und der Querkraft F
y zu der unkorrigierten Betriebsreibkraft F
b. Für diese unkorrigierte Betriebsreibkraft F
b gelten erneut die gleichen Bedingungen wie bei der in Längsrichtung wirkenden unkorrigierten
Betriebsreibkraft F
b gemäß der Fig. 1, 2: Auch hier wird zwischen einem Normalmodus und einem Rutschmodus
in der rechnerischen Fahrsimulation unterschieden, wobei dann aber im Rutschmodus
auch ein seitliches Rutschen mit berücksichtigt wird. Jedenfalls werden mittels der
Steuereinheit 3 aus der rechnerischen Fahrsimulation Steuerausgangssignale derart
generiert und dem Antrieb sowie der Lenkvorrichtung des Spielfahrzeuges 1 zugeführt,
dass das Spielfahrzeug 1 eine Fahrbewegung gemäß der genannten rechnerischen Fahrsimulation
ausführt.
[0043] In Fig. 3 ist noch erkennbar, dass die Längsachse 10 des Spielfahrzeuges 1 im hier
dargestellten Normalmodus in einem ersten Winkel α zur örtlichen Tangente t der Fahrkurve
27 liegt. Dieser erste Winkel α ist für jeden beliebigen Bezugspunkt des Spielfahrzeuges
1 bestimmbar. Als Bezugspunkt ist hier beispielhaft der Schwerpunkt S des Spielfahrzeuges
1 gewählt. Der Winkel α hängt von der zugrunde gelegten Lenkgeometrie der virtuellen
Vorderachse 23 und der virtuellen Hinterachse 24 ab. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
wird angenommen, dass die virtuelle Vorderachse 23 lenkbar ist, während die virtuelle
Hinterachse 24 ihre Ausrichtung relativ zum Spielfahrzeug 1 beibehält. Dies führt
dazu, dass auf der ungelenkten virtuellen Hinterachse 24 der erste Winkel α zwischen
der Fahrzeuglängsachse 10 und der Tangente t den Betrag Null aufweist und mit nach
vorne größer werdendem Abstand zur virtuellen Hinterachse 24 ansteigt. Im Bereich
der virtuellen Vorderachse 23 nimmt der erste Winkel α sein Maximum an. Die Verhältnisse
kehren sich natürlich um, falls eine lenkbare virtuelle Hinterachse 24 der Fahrsimulation
zugrunde gelegt wird. Jedenfalls kann für einen bestimmten Bezugspunkt, hier den Schwerpunkt
S ein solcher erster Winkel α für den hier dargestellten Normalmodus bestimmt werden.
[0044] Sofern nun der Fahrer eine zu hohe Kurvengeschwindigkeit und/oder einen zu kleinen
örtlichen Kurvenradius r vorwählt, übersteigt die rechnerisch ermittelte unkorrigierte
Betriebsreibkraft F
b die virtuelle Grenzhaftreibkraft F
m (Fig. 2), so dass in der rechnerischen Fahrsimulation nun der Rutschmodus zum Tragen
kommt. Es wird nun die virtuelle Gleitreibkraft F
g (Fig. 2) als virtuelle Betriebsreibkraft F
v zugrunde gelegt, wobei jedoch eine seitliche Kraftrichtungskomponente mit zum Tragen
kommt. Das Fahrzeug kann nun seitlich bzw. quer zur Tangente t versetzen. Beispielsweise
kann der Radius r größer bis hin zu ∞ werden, was einem sogenannten Untersteuern entspricht.
[0045] Hinausgehend über einen rein seitlichen Fahrzeugversatz unter Beibehaltung des ersten
Winkels α kann aber auch im simulierten Rutschmodus die Fahrzeuglängsachse 10 ausgehend
von ihrem ersten Winkel α in einen zweiten Winkel β zur örtlichen Tangente t der Fahrkurve
27 überführt werden. Ein solcher Fall ist beispielhaft in Fig. 4 dargestellt. Ausgehend
vom ersten Winkel α als Referenzgröße ist die in ihrer Lage veränderte Fahrzeuglängsachse
10' um den zweiten Winkel β zur Kurveninnenseite geneigt, was dem sogenannten Übersteuern
oder Driften entspricht. Auch dieser Fall kann mittels der Steuereinheit 3 in der
rechnerischen Fahrsimulation beim Rutschmodus dargestellt und in entsprechende Steuerausgangssignale
umgesetzt werden, wobei dann das Spielfahrzeug 1 tatsächlich entsprechende Kurvenfahrten
unter Abbildung des Über- bzw. Untersteuerns gemäß der Fig. 3 und 4 durchführt. Auch
hier sind die Geschwindigkeiten und Beschleunigungen jedoch so weit beschränkt, dass
tatsächlich kein Rutschen zwischen den Rollelementen 6, 8 (Fig. 5 ff.) des Spielfahrzeuges
1 und dem Untergrund 5 stattfindet. Vielmehr führt das Spielfahrzeug 1 eine durch
die Steuereinheit 3 vorgegebene Fahrbewegung aus, die einen realistischen Eindruck
vermittelt, als ob das Spielfahrzeug 1 beim Unter- bzw. Übersteuern, beim Bremsen
und/oder Beschleunigen auf seinen Radattrappen rollen oder rutschen würde.
[0046] Im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 4 sind stationäre Zustände von lateral wirkenden
Beschleunigungen dargestellt. Gleichwohl kann die rechnerische Simulation und die
daraus abgeleitete Fahrbewegung des Spielfahrzeugs 1 auch Winkelbeschleunigungen um
die Hochachse sowie transiente Übergänge zwischen verschiedenen Fahrzuständen umfassen.
Ausgehend von den eingangs beschriebenen Minimalvoraussetzungen der Unterscheidung
zwischen dem Normalmodus und dem Rutschmodus kann die rechnerischen Fahrsimulation
beliebig verfeinert und in eine entsprechende Fahrbewegung des Spielfahrzeuges 1 umgesetzt
werden. Dies beinhaltet neben der beschriebenen Begrenzung der möglichen Beschleunigungen
auch eine Begrenzung der möglichen Geschwindigkeiten. Die Unterscheidung zwischen
Haft- und Rutschreibung, also zwischen Normal- und Rutschmodus kann für jede Radattrappe
21, 22 einzeln durchgeführt werden, um beispielsweise situationsabhängig sich verändernde
Verteilungen der einzelnen Radlasten zu berücksichtigen. Es kommen aber auch Vereinfachungen
in Betracht, bei denen diese Unterscheidungen nur für jede virtuelle Vorder- bzw.
Hinterachse 23, 24 oder für das Spielfahrzeug 1 in der jeweiligen Gesamtheit vorgenommen
wird. Beim Fehlen von Radattrappen 21, 22 können auch fiktive Bezugspunkte als Ersatz
gewählt werden. Darüber hinaus ist das gleiche Simulationsprinzip in analoger Weiser
auch auf Fahrzeuge ohne Räder übertragbar.
[0047] Ein interessanter Aspekt ist noch zum Beispiel, dass für die quasi als Umschaltsignal
zwischen den beiden Betriebsmodi wirkende virtuelle Grenzhaftkraft F
m nicht auf einen bestimmten Betrag festgelegt werden muss. Sie kann z. B. richtungsabhängig
unterschiedlich sein, demnach unterschiedliche Grenzwerte für eine Vorwärtsbeschleunigung,
ein Bremsmanöver, und/oder seitlich wirkende Zentripetalbeschleunigungen angesetzt
werden. Außerdem können die virtuellen Grenzhaftkräfte F
m während des Betriebes verändert werden. Hierdurch kann z. B. ein fortschreitender
Reifenverschleiß oder das Befahren von unterschiedlichen Untergründen mit unterschiedlichen
Hafteigenschaften simuliert werden. Das Spielfahrzeug 1 kann beispielsweise mit einem
nicht dargestellten Detektor versehen werden, der einen als besonders rutschig anzusehenden
Streckenabschnitt erkennt, und der infolge dessen eine Herabsetzung der ohnehin schon
reduzierten virtuellen Grenzhaftkraft F
m herbeiführt. In einem weiteren Aspekt der Erfindung muss die Umschaltung zwischen
den beiden Betriebsmodi nicht aufgrund der vorstehend beschriebenen rechnerischen
Fahrsimulation vorgenommen werden. Vielmehr kann es ausreichen, diese Umschaltung
beispielsweise selbsttätig aufgrund der Erfüllung einfacher logischer Bedingungen
(Wenn-dann-Bedingungen) oder aufgrund eines durch den Benutzer gegebenen Signals (Betätigung
einer Steuerfunktion) vorzunehmen, wobei auch beliebige Kombination von rechnerischen
Simulationen, Logikfunktionen und/oder Benutzersignalen in Betracht kommt. Im Extremfall
kann es im Rahmen der Erfindung ausreichen, die Fahrzeuglängsachse aus der Parallelität
zur örtlichen Bewegungsrichtung zu bringen und dadurch den Eindruck einer Drift-Bewegung
insbesondere bei Kurvenfahrt zu vermitteln.
[0048] Fig. 5 zeigt in einer perspektivischen Unteransicht ein erstes Ausführungsbeispiel
des Spielfahrzeugs 1 nach den Fig. 1 bis 4 mit abgenommener Karosserie. Ein Chassis
25 trägt auf seiner dem Untergrund 5 (Fig. 1) im Betrieb zugewandten Unterseite zwei
Antriebseinheiten 13, 14. Die eine Antriebseinheit 13 ist in Richtung der Fahrzeuglängsachse
10 vor dem Schwerpunkt S des Spielfahrzeugs 1 positioniert, während die zweite Antriebseinheit
14 dahinter liegt. Die vordere Antriebseinheit 13 umfasst ein Paar von Rollelementen
6, die koaxial zueinander um eine gemeinsame Drehachse 7 drehend antreibbar sind.
Die beiden Rollelemente 6 sind hier als Reibrad ausgebildet und für einen reibschlüssigen
Antrieb des Spielfahrzeuges 1 gegenüber dem Untergrund 5 (Fig. 1) ausgelegt. Hierzu
ist ein auf beide Rollelemente 6 gemeinsam wirkender Antriebsmotor 11 vorgesehen.
Sinngemäß das Gleiche gilt auch für die identisch aufgebaute hintere Antriebseinheit
14 mit einem Paar von als Reibräder ausgebildeten Rollelementen 8, mit einer zugeordneten
Drehachse 9 und mit einem zugeordneten Antriebsmotor 12.
[0049] Beide Antriebseinheiten 13, 14 sind mit je einer eigenen und unabhängig voneinander
betätigbaren Lenkvorrichtung versehen, mittels derer die Orientierungsrichtungen der
Drehachsen 7, 9 um eine jeweils vertikale Lenkachse 16 relativ zur Fahrzeuglängsachse
10 verstellt werden können. Einzelheiten dieser Lenkvorrichtungen ergeben sich aus
der Zusammenschau der Fig. 5 und 6, wobei Fig. 6 in einer perspektivischen Draufsicht
einen Teil der Anordnung nach Fig. 5 mit fehlender hinterer Antriebseinheit 14 zeigt.
Aus der Zusammenschau dieser beiden Fig. 5 und 6 ist erkennbar, dass die beiden Lenkvorrichtungen
je ein Drehgestell 15 mit einer vertikalen Lenkachse 16 und mit jeweils einem zugeordneten
Lenkantrieb 17 umfassen. Der Einfachheit halber werden nachfolgend nur die vordere
Antriebseinheit 13 und das vordere Drehgestell 15 in Bezug genommen, wobei jedoch
analog das gleiche auch für die hintere Antriebseinheit 14 mit dem hinteren Drehgestell
15 gilt. Auf dem Drehgestell 15 sind die beiden Rollelemente 6 mit ihrer horizontal
liegenden Drehachse 7 gelagert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch der zugeordnete
Antriebsmotor 11 auf dem Drehgestell 15 montiert. Bei einer Lenkbewegung um die vertikale
Längsachse 16 dreht sich das gesamte Drehgestell 15 einschließlich der beiden Rollelemente
6, ihrer Drehachse 7 und des Antriebsmotors 11. Es kann aber auch zweckmäßig sein,
den Antriebsmotor 11 fest, also nicht mitdrehend auf dem Chassis 25 zu montieren,
wobei dieser dann über geeignete Zahnradanordnungen oder andere Übertragungsmittel
auf die Rollelemente 6 einwirkt. Der Lenkantrieb 17 ist fest auf dem Chassis 25 montiert
und wirkt über Zahnräder auf das Drehgestell 15 derart ein, dass es eine lenkende
Schwenkbewegung um die Hoch- bzw. Lenkachse 16 ausführt. Auch hier kann eine umgekehrte
Ausführung möglich sein, bei der der Lenkantrieb 17 auf dem Drehgestell 15 montiert
ist und gemeinsam mit diesem mitdreht. Die in analoger Weise, hier sogar in mechanisch
identischer Weise aufgebaute hintere Antriebseinheit 14 mit dem Drehgestell 15 ist
unabhängig von der vorderen Antriebseinheit 13 mit dem Drehgestell 15 antreibbar und
lenkbar.
[0050] Unter erneutem Bezug auf Fig. 5 ist noch darauf hinzuweisen, dass das Chassis 25
im Bereich der virtuellen Vorderachse 23 und auch im Bereich der virtuellen Hinterachse
24 jeweils ein Paar von Radattrappen 21, 22 trägt. Die beiden bezogen auf die Längsachse
10 jeweils beidseitig angeordneten Radattrappen 22 der virtuellen Hinterachse 24 haben
eine feste Orientierung relativ zum Chassis 25, sind also nicht lenkbar. Die beiden
in analoger Weise im Bereich der virtuellen Vorderachse 23 am Chassis 25 angebrachten
Radattrappen 21 sind im Unterschied hierzu frei mitlenkend ausgeführt, wobei hier
zur besseren Übersicht nur eine einzelne Radattrappe 21 mit Lenkausschlag dargestellt
ist. Hierfür ist eine Schwenklagerung mit Nachlauf für die vorderen Radattrappen 21
vorgesehen. Die vorderen Radattrappen 21 richten sich damit selbsttätig in der jeweiligen
Fahrrichtung aus. Alternativ kommt aber auch eine aktive Lenkung der vorderen Radattrappen
21 mit eigenen Lenkantrieben in Betracht. Natürlich kann aber auch zur Vereinfachung
auf eine Lenkbewegung verzichtet werden.
[0051] In Unterscheidung zu den für den Antrieb und auch für die Lenkung des Spielfahrzeuges
1 zuständigen Rollelemente 6, 7 sind die Radattrappen 21, 22 insoweit Attrappen, als
dass sie zwar das äußere Erscheinungsbild von Rädern haben, nicht aber deren Funktion
der Spurführung und/oder des Antriebes ausüben. Sie sind derart am Chassis 25 nachgiebig
und/oder gegenüber den Rollelementen 6, 8 hochgelegt gelagert, dass sie im Betrieb
entweder nicht oder allenfalls mit nur geringen Aufstandskräften den Untergrund 5
(Fig. 1) berühren. Geradezu gegenteilig steht das Spielfahrzeug 1 aufgrund seines
zwischen den beiden Antriebseinheiten 13, 14 liegenden Schwerpunktes S im Betrieb
mit seinen Rollelementen 6, 8 derart auf dem Untergrund 5 auf, dass der weitaus größte
Teil der wirkenden Gewichtskräfte von den Rollelementen 6, 8 getragen wird. In Verbindung
mit den Antriebsmotoren 11, 12 sind also Antriebe gebildet, mittels derer die Rollelemente
6, 8 Reibkräfte auf den Untergrund 5 derart übertragen, dass das Spielfahrzeug 1 angetrieben
wird. Für möglichst große übertragbare Reibkräfte sind die Rollelemente 6, 8 mit einer
reibwerterhöhenden Bereifung beispielsweise aus Gummi oder vergleichbaren Elastomerwerkstoffen
versehen. Umgekehrt kann es zweckmäßig sein, die Radattrappen 21, 22 aus Materialien
mit geringen Reibwerten wie Hartkunststoff oder dergleichen zu fertigen, um im Falle
einer Bodenberührung möglichst geringe Reibkräfte zu erzeugen, womit eine Verfälschung
der durch die Antriebseinheiten 13, 14 erzeugten Antriebs- und Lenkwirkung durch die
Bodenberührung der Radattrappen 21, 22 auf ein Minimum reduziert oder gar vollständig
ausgeschaltet wird.
[0052] Eine Besonderheit liegt noch darin, dass der axiale Abstand zwischen den beiden Rollelementen
6 auf der vorderen Drehachse 7 und auch der axiale Abstand zwischen den beiden Rollelementen
8 auf der hinteren Drehachse 9 optional deutlich kleiner ist als die Breite des Chassis
25. Hierdurch wird erreicht, dass die Rollelemente 6, 8 und die Stellung ihrer Drehachsen
7, 9 im Betrieb praktisch nicht oder höchst eingeschränkt sichtbar sind. Dieser Effekt
kann auch dadurch verstärkt werden, dass die beiden Antriebseinheiten 13, 14 jeweils
zwischen einem Paar von Radattrappen 21, 22 angeordnet sind.
[0053] Aus der Zusammenschau der Fig. 1 bis 6 wird nun deutlich, dass beliebige Fahrbewegungen
des Spielfahrzeuges 1 gemäß den Fig. 1 bis 4 einschließlich simulierter oder in anderer
Weise initiierter Rutschbewegungen durch eine koordinierte Ansteuerung der beiden
Antriebseinheiten 13, 14 und der entsprechenden Lenkvorrichtungen erreicht werden
können. Anders ausgedrückt können beliebige Fahrbewegungen des Spielfahrzeuges 1 gemäß
den Fig. 1 bis 4 ausgeführt werden, wobei diese Fahrbewegungen tatsächlich durch mehr
oder weniger rutschfreies Abrollen der Rollelemente 6, 8 auf dem Untergrund erfolgen,
während gleichzeitig der optische Eindruck einer Rutschbewegung erzeugt werden kann.
Das Spielfahrzeug 1 kann in jedem beliebigen Winkel α, β zur Tangente t einer Fahrkurve
27 ausgerichtet und bewegt werden, was auch Bahnkurven 27 mit einem Radius r = ∞,
also eine Geradeausfahrt gemäß Fig. 1 beinhaltet. Für die virtuelle Vorderachse 23
und die virtuelle Hinterachse 24 lassen sich unabhängig voneinander die Winkel α,
β bestimmen. Falls die Antriebseinheiten 13, 14 wie in den Fig. 5, 6 jeweils mehr
oder weniger genau auf der virtuellen Vorderachse 23 bzw. der virtuellen Hinterachse
24 positioniert sind, werden ihre Drehachsen 7, 9 um den jeweiligen Winkel α, β geschwenkt.
In Verbindung mit einer geeigneten Drehzahl der Rollelemente 6, 8 führt dann das Spielfahrzeug
1 eine Fahrbewegung gemäß der vorstehend beschriebenen rechnerischen Fahrsimulation
aus, wie auch in den Fig. 1 bis 4 gezeigt. Falls die Antriebseinheit 13 und/oder die
Antriebseinheit 14 nicht genau auf der virtuellen Vorderachse 23 bzw. der virtuellen
Hinterachse 24 positioniert ist, kann eine rechnerische Korrektur der Winkelstellung
der Antriebseinheiten 13, 14 derart erfolgen, dass im Ergebnis die virtuelle Vorderachse
23 und auch die virtuellen Hinterachse 24 Bewegungen in ihren jeweils zugeordneten
Winkeln α, β ausführen. Jedenfalls werden diese Fahrbewegungen im Wesentlichen ausschließlich
durch die beiden Antriebseinheiten 13, 14 mit den zugehörigen Lenkvorrichtungen unter
Einwirkung von Haftreibung zwischen den Rollelementen 6, 8 und dem Untergrund 5 herbeigeführt,
ohne dass dabei die Radattrappen 21, 22 eine signifikante Rolle spielen. Deshalb sind
die Vorder- und Hinterachsen 23, 24 hier auch als "virtuell" bezeichnet, da sie auf
das tatsächliche Fahrgeschehen keinen signifikanten Einfluss haben. Gleichwohl spielen
aber die Lagen der virtuellen Vorder- und Hinterachsen 23, 24 und ihrer Radattrappen
21, 22 relativ zur Bahntangente t eine besondere Rolle im optischen Erscheinungsbild:
Sofern die Ausrichtung der Radattrappen 21, 22 und insbesondere der Lenkausschlag
der gelenkten vorderen Radattrappen 21 nicht mit der tatsächlichen Fahrbewegung fluchten,
entsteht in besonders ausgeprägter Weise der Eindruck eines seitlich wegrutschenden
Spielfahrzeuges 1, obwohl tatsächlich permanent ein nicht rutschender Fahrantrieb
mittels der kaum oder gar nicht wahrnehmbaren Rollelemente 6, 8 vorliegt.
[0054] Weiter oben wurde schon darauf hingewiesen, dass die virtuelle Grenzhaftkraft F
m kleiner sein soll als die tatsächlich mittels der Antriebselemente 6, 8 auf den Untergrund
5 übertragbare maximale Reibkraft. Aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt sich
eine Präzisierung dieser Anforderung: Die virtuelle Grenzhaftkraft F
m soll kleiner sein als die für deren Abbildung im Fahrbetrieb erforderliche Reibkraft
zwischen den Antriebselementen 6, 8 und dem Untergrund 5. Hierdurch wird sichergestellt,
dass sowohl der Normalmodus als auch der Rutschmodus mittels der Antriebselemente
6, 8 im reinen Haftreibungsbetrieb dargestellt werden kann.
[0055] Fig. 7 zeigt in einer perspektivischen Draufsicht eine Variante der Ausführung nach
den Fig. 5 und 6 mit nur einem einzigen zentralen Drehgestell 15. Der durchaus vorhandene
Lenkantrieb 17 (Fig. 6) ist hier für eine bessere Übersicht nicht dargestellt. Die
Lenkvorrichtung entspricht jedoch in Aufbau und Funktion der Ausgestaltung, wie sie
im Zusammenhang mit den Fig. 5 und 6 beschrieben ist. Abweichen davon ist aber das
Antriebskonzept: Auf dem Drehgestell 15 ist nicht ein Paar von gemeinsam angetriebenen
Rollelementen gelagert. Vielmehr gibt es je ein erstes Rollelement 6 und ein zweites
Rollelement 8, die unabhängig voneinander durch je einen zugeordneten Antriebsmotor
11, 12 antreibbar sind. Die hier nur schematisch dargestellten Antriebsmotoren 11,
12 sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform auf dem Chassis 25 befestigt, können
aber auch wie im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 auf dem Drehgestell 15
angeordnet sein. Jedenfalls sind die beiden Rollelemente 6, 8 in Form von Rädern ausgestaltet,
wobei ihre beiden zugeordneten Drehachsen 7, 9 zumindest achsparallel, im gezeigten
Ausführungsbeispiel sogar koaxial zueinander liegen. Außerdem weisen sie bezogen auf
diese Drehachsen 7, 9 einen axialen Abstand zueinander auf. Das Drehgestell 15 ist
derart am Chassis 25 positioniert, dass der Schwerpunkt S des Spielfahrzeugs 1 möglichst
genau mittig zwischen den beiden Rollelementen 6, 8 auf den Drehachsen 7, 9 liegt.
Umgekehrt heißt dies, dass der Mittelpunkt zwischen den beiden Rollelementen 6, 8
möglichst nahe am Schwerpunkt S des Spielfahrzeuges 1 liegt.
[0056] Wie auch beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 gilt hier, dass die wirkenden
Gewichtskräfte nahezu vollständig von den Rollelementen 6, 8 getragen werden. Die
Radattrappen 21, 22 halten das Spielfahrzeug 1 stützend in der gewünschten horizontalen
Lage, wozu jedoch nur vernachlässigbar kleine Aufstandskräfte erforderlich sind. Auch
hier gilt, dass durch die gemeinsame Verstellung der Orientierung der Drehachsen 7,
9 um die vertikale Lenkachse 16 in Verbindung mit einem voneinander unabhängigen Antrieb
der beiden Rollelemente 6, 8 beliebige Fahrbewegungen entsprechend der Fig. 1 bis
4 herbeigeführt werden können, und zwar unabhängig von Ausrichtung bzw. Lenkeinschlag
der Radattrappen 21, 22.
[0057] Schließlich zeigen die Fig. 8 und 9 noch eine weitere Variante der Anordnung nach
den Fig. 5 und 6 mit zwei Antriebseinheiten 13, 14. Jede Antriebseinheit 13, 14 trägt
nur ein einzelnes zugeordnetes Rollelement 6, 8, welches nicht als Paar von Rädern
sondern als Kugel ausgestaltet ist. In der perspektivischen Unteransicht gemäß Fig.
8 ist erkennbar, das die als Kugeln ausgestalteten Rollelemente 6, 8 nach unten aus
dem Chassis 25 hervorstehen und dabei die Funktion der Rollelemente 6, 8 gemäß den
Fig. 5 und 6 ausüben.
[0058] Einzelheiten der Ausgestaltung nach Fig. 8 sind in der Draufsicht gemäß Fig. 9 erkennbar.
Jede Antriebseinheit 13, 14 umfasst mindestens eine erste Antriebswelle 18 und mindestens
eine orthogonal dazu positionierte zweite Antriebswelle 19 sowie zugeordnete Antriebsmotoren
11, 12. Im gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist für jede Antriebeinheit 13,
14 jeweils ein Paar von ersten und zweiten Antriebswellen 18, 19 vorgesehen, die paarweise
gegenüberliegend reibschlüssig an der kugelförmigen Oberfläche 20 der Rollelement
6, 8 angreifen. Hierdurch wird erreicht, dass die dazwischen liegenden kugelförmigen
Rollelemente 6, 8 sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung fixiert sind und
bei entsprechenden Belastungen immer ein ausreichendes Antriebsmoment durch die Antriebswellen
18, 19 erfahren. Ergänzend ist oberhalb eines jeden kugelförmigen Rollelementes 6,
8 je ein Niederhalter 26 angeordnet, welcher den im Betrieb wirkenden Aufstandskräften
entgegenwirkt.
[0059] Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 ist in der gezeigten Ausführung
nach den Fig. 8 und 9 kein Lenkantrieb 17 erforderlich. Anstelle des Lenkantriebes
17 tritt hier eine in Fig. 1 schematisch angedeutete Koordinationseinheit 28 für eine
koordinierte Drehzahlabstimmung der ersten und zweiten Antriebswellen 18, 19. Die
Koordinationseinheit 28 ist gemäß Fig. 1 im Fernsteuersender 2 angeordnet und kann
Teil der oben näher beschriebenen Steuereinheit 3 sein. Alternativ kann auch eine
separate Koordinationseinheit 28 im Spielfahrzeug 1 vorgesehen und dort beispielsweise
in den Empfänger 4 oder in die Antriebseinheiten 13, 14 integriert sein. Jedenfalls
lässt sich durch eine koordinierte Drehzahlabstimmung der ersten und zweiten Antriebswellen
18, 19 in beiden Antriebseinheiten 13, 14 unabhängig voneinander die Lage der Drehachsen
7, 9 relativ zum Spielfahrzeug 1 einstellen und variieren, so dass Antriebs- und Lenkbewegungen
analog zum Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 eintreten. Für die voneinander
unabhängige Ausrichtung der Drehachsen 7, 9 sind zumindest zwei voneinander unabhängig
betreibbare bzw. ansteuerbare Antriebsmotoren 12 erforderlich, welche einen seitlichen
Drehbewegungsanteil der kugelförmigen Rollelemente 6, 8 mittels der parallel zur Fahrzeuglängsachse
10 liegenden Antriebswellen 19 herbeiführen. Abweichend davon sollten jedoch die anteiligen
Drehzahlen der kugelförmigen Rollelemente 6, 8 in Richtung der Fahrzeuglängsachse
10 und folglich auch die Drehzahlen der quer dazu liegenden Antriebswellen 18 für
beide Antriebseinheiten 13, 14 gleich sein, da sich der Abstand der fest am Spielfahrzeug
1 montierten Antriebseinheiten 13, 14 zueinander nicht ändert. Demnach kann es trotz
unabhängiger Antriebs- und Lenkbewegungen ausreichen, für die quer zur Fahrzeuglängsachse
10 liegenden Antriebswellen 18 beider Antriebseinheiten 13, 14 nur einen einzigen
gemeinsamen Antriebsmotor 11 vorzusehen. Jedenfalls lässt sich durch koordinierte
Drehzahlsteuerung der Antriebsmotoren 11, 12 und folglich auch der Antriebswellen
18, 19 die Ausrichtung der Drehachsen 7, 9 beider Rollelemente 6, 8 unabhängig voneinander
einstellen und variieren. Das gleiche gilt auch für die resultierende Drehzahl der
Rollelemente 6, 8 um diese Drehachse 7, 9, in dessen Folge für die Fahrkinematik das
gleiche wie für das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 gilt.
[0060] Sofern nicht ausdrücklich abweichend beschrieben, stimmen die Ausführungsbeispiele
nach Fig. 7 sowie nach den Fig. 8 und 9 in den übrigen Merkmalen, Bezugszeichen und
Eigenschaften untereinander sowie mit dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und
6 überein.
1. Spielfahrzeugsystem, umfassend ein Spielfahrzeug (1) und einen Fernsteuersender (2),
wobei das Spielfahrzeug (1) einen Antrieb mit mindestens zwei Antriebsmotoren (11,
12), mindestens zwei Rollelemente (6, 8) zur Übertragung von Reibkräften und von Antriebsmoment
auf einen Untergrund (5) und mindestens eine Lenkvorrichtung umfasst, und wobei das
Spielfahrzeugsystem zusätzlich eine Steuereinheit (3) umfasst, in die Steuereingangssignale
des Fernsteuersenders (2) eingespeist werden, und welche Steuerausgangssignale generiert,
die auf die Antriebsmotoren (11, 12) und die mindestens eine Lenkvorrichtung einwirken,
dadurch gekennzeichnet, dass die Rollelemente (6, 8) mittels der Antriebsmotoren (11, 12) unabhängig voneinander
um jeweilige Drehachsen (7, 9) drehend antreibbar sind, dass die mindestens eine Lenkvorrichtung
zur Verstellung von Orientierungsrichtungen der Drehachsen (7, 9) relativ zur Fahrzeuglängsachse
(10) ausgebildet ist, dass in der Steuereinheit (3) eine virtuelle Grenzhaftreibkraft
(F
m) sowie eine virtuelle Gleitreibkraft (F
g) zwischen dem Spielfahrzeug (1) und dem Untergrund (5) abrufbar sind, wobei die virtuelle
Grenzhaftreibkraft (F
m) kleiner als eine korrespondierende tatsächlich übertragbare maximale Reibkraft zwischen
den Rollelementen (6, 8) und dem Untergrund (5) ist, und wobei die virtuelle Gleitreibkraft
(F
g) kleiner/gleich der virtuellen Grenzhaftreibkraft (F
m) ist,
dass die Steuereinheit (3) für eine rechnerische Fahrsimulation unter Einbeziehung
der Steuereingangssignale des Fernsteuersenders (2) derart ausgelegt ist,
- dass durch die Steuereinheit (3) eine zwischen dem Spielfahrzeug (1) und dem Untergrund
(5) wirkende unkorrigierte Betriebsreibkraft (Fb) rechnerisch ermittelt und mit der virtuellen Grenzhaftreibkraft (Fm) verglichen wird,
- wobei in einem Normalmodus, in dem die rechnerisch ermittelte unkorrigierte Betriebsreibkraft
(Fb) kleiner als die virtuelle Grenzhaftreibkraft (Fm) ist, das Fahrverhalten des Spielfahrzeuges (1) unter örtlicher Einwirkung einer
virtuellen Betriebsreibkraft (Fv) in Höhe der unkorrigierten Betriebsreibkraft (Fb) rechnerisch simuliert wird,
- und wobei in einem Rutschmodus, in dem die rechnerisch ermittelte, unkorrigierte
Betriebsreibkraft (Fb) größer als die Grenzhaftreibkraft (Fm) ist, das Fahrverhalten des Spielfahrzeuges (1) unter örtlicher Einwirkung einer
virtuellen Betriebsreibkraft (Fv) in Höhe der virtuellen Gleitreibkraft (Fg) simuliert wird,
und dass die Steuereinheit (3) dazu ausgelegt ist, dass sie aus der rechnerischen
Fahrsimulation Steuerausgangssignale derart generiert und auf den Antrieb mit den
Rollelementen (6, 8) sowie auf die Lenkvorrichtung einwirken lässt, dass das Spielfahrzeug
(1) eine Fahrbewegung gemäß der rechnerischen Fahrsimulation unter Einwirkung der
virtuellen Betriebsreibkraft (Fv) ausführt.
2. Spielfahrzeugsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass zwei Antriebseinheiten (13, 14) mit je einem Antriebsmotor (11, 12), mit je einem
Rollelement (6, 8) und mit je einer eigenen Lenkvorrichtung vorgesehen sind, wobei
je eine Antriebseinheit (13, 14) in Richtung der Fahrzeuglängsachse (10) vor bzw.
hinter dem Schwerpunkt (S) des Spielfahrzeugs (1) angeordnet ist.
3. Spielfahrzeugsystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass genau eine Antriebseinheit (14) vorgesehen ist, die zwei Antriebsmotoren (11, 12),
zwei Rollelemente (6, 8) in Form von Rädern sowie eine Lenkvorrichtung umfasst, wobei
das erste Rollelement (6) vom ersten Antriebsmotor (11) um die erste Drehachse (7)
antreibbar ist, wobei das zweite Rollelement (8) in einem axialen Abstand zum ersten
Rollelement (6) angeordnet und vom zweiten Antriebsmotor (12) um die zweite Drehachse
(9) antreibbar ist, dass die erste Drehachse (7) und die zweite Drehachse (9) durch
die eine Lenkvorrichtung gemeinsam verstellbar sind, und dass der Mittelpunkt zwischen
den beiden Rollelementen (6, 8) im Bereich des Schwerpunkts (S) des Spielfahrzeugs
(1) liegt.
4. Spielfahrzeugsystem nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkvorrichtung ein Drehgestell (15) mit einer vertikalen Lenkachse (16) und
einen Lenkantrieb (17) umfasst, wobei die beiden Antriebsmotoren (11, 12) dem einen
Drehgestell (15) zugeordnet sind, und wobei die beiden Rollelemente (6, 8) derart
am Drehgestell (15) gelagert sind, dass die erste Drehachse (11) und die zweite Drehachse
(12) koaxial zueinander liegen und mittels des Drehgestells (15) gemeinsam verstellbar
sind.
5. Spielfahrzeugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Spielfahrzeug (1) mindestens ein Paar von Radattrappen (21, 22) aufweist, wobei
insbesondere ein Paar von Radattrappen (21) lenkbar oder frei mitlenkend ausgeführt
ist.
6. Spielfahrzeugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass das Spielfahrzeug (1) eine Fahrzeuglängsachse (10) aufweist, und dass insbesondere
bei einer Fahrt entlang einer Fahrkurve (27) die Steuereinheit (3) derart auf den
Antrieb und/oder die Lenkvorrichtung des Spielfahrzeuges (1) einwirken kann, dass
das Spielfahrzeug (1) eine örtliche Bewegungskomponente quer zur Fahrzeuglängsachse
(4) ausführt.
7. Spielfahrzeugsystem nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 5 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass der rechnerischen Fahrsimulation die virtuelle Grenzhaftreibkraft (Fm), die virtuelle Gleitreibkraft (Fg), die unkorrigierte Betriebsreibkraft (Fb) und die virtuelle Betriebsreibkraft (Fv) zwischen den Radattrappen (21, 22) und dem Untergrund (5) zugrunde gelegt sind.
8. Spielfahrzeugsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) im Fernsteuersender (2) angeordnet ist, und dass die Baueinheit
aus Steuereinheit (3) und Fernsteuersender (2) insbesondere durch ein programmiertes
Smartphone oder ein anderes mobiles Endgerät wie ein Tablet etc. gebildet ist.
9. Spielfahrzeugsystem, umfassend ein Spielfahrzeug (1) und einen Fernsteuersender (2),
wobei das Spielfahrzeug (1) einen Antrieb mit Rollelementen (6, 8) zur Übertragung
von Reibkräften auf einen Untergrund (5) sowie eine Lenkvorrichtung aufweist, wobei
das Spielfahrzeugsystem zusätzlich eine Steuereinheit (3) umfasst, in die Steuereingangssignale
des Fernsteuersenders (2) eingespeist werden, und welche Steuerausgangssignale generiert,
die auf den Antrieb und auf die Lenkvorrichtung des Spielfahrzeuges (1) einwirken,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit (3) eine virtuelle Grenzhaftreibkraft (F
m) sowie eine virtuelle Gleitreibkraft (F
g) zwischen dem Spielfahrzeug (1) und dem Untergrund (5) abrufbar sind, wobei die virtuelle
Grenzhaftreibkraft (F
m) kleiner als eine korrespondierende tatsächlich übertragbare maximale Reibkraft zwischen
den Rollelementen (6, 8) und dem Untergrund (5) ist, und wobei die virtuelle Gleitreibkraft
(F
g) kleiner/gleich der virtuellen Grenzhaftreibkraft (F
m) ist,
dass die Steuereinheit (3) für eine rechnerische Fahrsimulation unter Einbeziehung
der Steuereingangssignale des Fernsteuersenders (2) derart ausgelegt ist,
- dass durch die Steuereinheit (3) eine zwischen dem Spielfahrzeug (1) und dem Untergrund
(5) wirkende unkorrigierte Betriebsreibkraft (Fb) rechnerisch ermittelt und mit der virtuellen Grenzhaftreibkraft (Fm) verglichen wird,
- wobei in einem Normalmodus, in dem die rechnerisch ermittelte unkorrigierte Betriebsreibkraft
(Fb) kleiner als die virtuelle Grenzhaftreibkraft (Fm) ist, das Fahrverhalten des Spielfahrzeuges (1) unter örtlicher Einwirkung einer
virtuellen Betriebsreibkraft (Fv) in Höhe der unkorrigierten Betriebsreibkraft (Fb) rechnerisch simuliert wird,
- und wobei in einem Rutschmodus, in dem die rechnerisch ermittelte, unkorrigierte
Betriebsreibkraft (Fb) größer als die Grenzhaftreibkraft (Fm) ist, das Fahrverhalten des Spielfahrzeuges (1) unter örtlicher Einwirkung einer
virtuellen Betriebsreibkraft (Fv) in Höhe der virtuellen Gleitreibkraft (Fg) simuliert wird,
und dass die Steuereinheit (3) dazu ausgelegt ist, dass sie aus der rechnerischen
Fahrsimulation Steuerausgangssignale derart generiert und auf den Antrieb mit den
Rollelementen (6, 8) sowie auf die Lenkvorrichtung einwirken lässt, dass das Spielfahrzeug
(1) eine Fahrbewegung gemäß der rechnerischen Fahrsimulation unter Einwirkung der
virtuellen Betriebsreibkraft (Fv) ausführt.
10. Verfahren zum Betrieb eines Spielfahrzeugsystems,
wobei das Spielfahrzeugsystem ein Spielfahrzeug (1) und einen Fernsteuersender (2)
umfasst, wobei das Spielfahrzeug (1) einen Antrieb mit Rollelementen (6, 8) zur Übertragung
von Reibkräften auf einen Untergrund (5) sowie eine Lenkvorrichtung aufweist, wobei
das Spielfahrzeugsystem zusätzlich eine Steuereinheit (3) umfasst, in die Steuereingangssignale
des Fernsteuersenders (2) eingespeist werden, und welche Steuerausgangssignale generiert,
die auf den Antrieb und auf die Lenkvorrichtung des Spielfahrzeuges (1) einwirken,
dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinheit (3) eine virtuelle Grenzhaftreibkraft (F
m) sowie eine virtuelle Gleitreibkraft (F
g) zwischen dem Spielfahrzeug (1) und dem Untergrund (5) abrufbar sind, wobei die virtuelle
Grenzhaftreibkraft (F
m) kleiner als eine korrespondierende tatsächlich übertragbare maximale Reibkraft zwischen
den Rollelementen (6, 8) und dem Untergrund (5) ist, und wobei die virtuelle Gleitreibkraft
(F
g) kleiner/gleich der virtuellen Grenzhaftreibkraft (F
m) ist,
dass in der Steuereinheit (3) eine rechnerische Fahrsimulation unter Einbeziehung
der Steuereingangssignale des Fernsteuersenders (2) derart ausgeführt wird,
- dass durch die Steuereinheit (3) eine zwischen dem Spielfahrzeug (1) und dem Untergrund
(5) wirkende unkorrigierte Betriebsreibkraft (Fb) rechnerisch ermittelt und mit der virtuellen Grenzhaftreibkraft (Fm) verglichen wird,
- wobei in einem Normalmodus, in dem die rechnerisch ermittelte unkorrigierte Betriebsreibkraft
(Fb) kleiner als die virtuelle Grenzhaftreibkraft (Fm) ist, das Fahrverhalten des Spielfahrzeuges (1) unter örtlicher Einwirkung einer
virtuellen Betriebsreibkraft (Fv) in Höhe der unkorrigierten Betriebsreibkraft (Fb) rechnerisch simuliert wird,
- und wobei in einem Rutschmodus, in dem die rechnerisch ermittelte, unkorrigierte
Betriebsreibkraft (Fb) größer als die Grenzhaftreibkraft (Fm) ist, das Fahrverhalten des Spielfahrzeuges (1) unter örtlicher Einwirkung einer
virtuellen Betriebsreibkraft (Fv) in Höhe der virtuellen Gleitreibkraft (Fg) simuliert wird,
und dass die Steuereinheit (3) aus der rechnerischen Fahrsimulation Steuerausgangssignale
derart generiert und auf den Antrieb mit den Rollelementen (6, 8) sowie auf die Lenkvorrichtung
einwirken lässt, dass das Spielfahrzeug (1) eine Fahrbewegung gemäß der rechnerischen
Fahrsimulation unter Einwirkung der virtuellen Betriebsreibkraft (Fv) ausführt.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass das Spielfahrzeug (1) eine Fahrzeuglängsachse (10) aufweist, dass eine Beschleunigung
in Richtung der Fahrzeuglängsachse (10) vorgegeben und daraus eine Reibkraft in Richtung
der Fahrzeuglängsachse (10) abgeleitet wird, und dass beim Überschreiten der virtuellen
Grenzhaftreibkraft (Fm) die Beschleunigung in Richtung der Fahrzeuglängsachse (10) auf eine Grenzbeschleunigung
reduziert wird, welche mit der virtuellen Gleitreibkraft korrespondiert.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, dass das Spielfahrzeug (1) eine Fahrzeuglängsachse (10) aufweist, dass bei einer Fahrt
entlang einer Fahrkurve (27) mit einem örtlichen Radius (r) eine Beschleunigung des
Spielfahrzeuges (1) in Richtung des örtlichen Radius (r) und daraus eine Reibkraft
quer zur Richtung der Fahrzeuglängsachse (10) abgeleitet wird, und dass beim Überschreiten
der virtuellen Grenzhaftreibkraft (Fm) die Steuereinheit (3) derart auf den Antrieb und/oder die Lenkvorrichtung des Spielfahrzeuges
(1) einwirkt, dass das Spielfahrzeug (1) eine örtliche Bewegungskomponente quer zur
Fahrzeuglängsachse (4) ausführt.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrkurve eine örtliche Tangente (t) aufweist, dass die Fahrzeuglängsachse (10)
im Normalmodus in einem ersten Winkel (α) zur örtlichen Tangente (t) liegt, und dass
im simulierten Rutschmodus die Fahrzeuglängsachse (10) ausgehend von ihrem ersten
Winkel (α) in einen zweiten Winkel (β) zur örtlichen Tangente (t) der Fahrkurve überführt
wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass das Spielfahrzeug (1) mindestens zwei Antriebsmotoren (11, 12) und mindestens zwei
Rollelemente (6, 8) zur Übertragung von Antriebsmoment auf den Untergrund (5) umfasst,
wobei die Rollelemente (6, 8) mittels der Antriebsmotoren (11, 12) unabhängig voneinander
um jeweilige Drehachsen (7, 9) drehend antreibbar sind, und dass das Spielfahrzeug
(1) mindestens eine Lenkvorrichtung zur Verstellung von Orientierungsrichtungen der
Drehachsen (7, 9) relativ zur Fahrzeuglängsachse (10) umfasst, und dass die Steuereinheit
(3) auf die Antriebsmotoren (11, 12) und die mindestens eine Lenkvorrichtung einwirkt.
1. Toy vehicle system comprising a toy vehicle (1) and a remote control transmitter (2),
wherein the toy vehicle (1) comprises a drive with at least two drive motors (11,
12), at least two rolling elements (6, 8) for transmitting frictional forces and drive
torque to a ground (5) and at least one steering device, and wherein the toy vehicle
system additionally comprises a control unit (3), into which the control input signals
of the remote control transmitter (2) are fed and which generates control output signals
which act on the drive motors (11, 12) and the at least one steering device,
characterised in that the rolling elements (6, 8) can be driven by means of the drive motors (11, 12) to
rotate independently of each other about the respective axes of rotation (7, 9),
in that the at least one steering device is designed to adjust orientation directions of
the axes of rotation (7, 9) relative to the vehicle longitudinal axis (10),
in that a virtual limit static friction force (F
m) and a virtual dynamic friction force (F
g) between the toy vehicle (1) and the ground (5) can be retrieved in the control unit
(3), wherein the virtual limit static friction force (F
m) is less than a corresponding actually transmittable maximum friction force between
the rolling elements (6, 8) and the ground (5), and wherein the virtual dynamic friction
force (F
g) is less than/equal to the virtual limit static friction force (F
m),
in that the control unit (3) is designed for a computational driving simulation with the
inclusion of the control input signals of the remote control transmitter (2) in such
a way
- that an uncorrected operating friction force (Fb) acting between the toy vehicle (1) and the ground (5) is computationally determined
by the control unit (3) and compared to the virtual limit static friction force (Fm),
- wherein in a normal mode, in which the computationally determined uncorrected operating
friction force (Fb) is less than the virtual limit static friction force (Fm), the driving behaviour of the toy vehicle (1) is computationally simulated at the
level of the uncorrected operating friction force (Fb) under the local action of a virtual operating friction force (Fv),
- and wherein in a skid mode, in which the computationally determined uncorrected
operating friction force (Fb) is more than the virtual limit static friction force (Fm), the driving behaviour of the toy vehicle (1) is simulated at the level of the virtual
dynamic friction force (Fg) under the local action of a virtual operating friction force (Fv),
and in that the control unit (3) is designed to generate from the computational driving simulation
control output signals and to make them act on the drive with the rolling elements
(6, 8) and on the steering device in such a way that the toy vehicle (1) executes
a driving movement in accordance with to the computational driving simulation under
the action of the virtual operating friction force (Fv).
2. Toy vehicle system according to claim 1,
characterised in that two drive units (13, 14) with a drive motor (11, 12) each, with a rolling element
(6, 8) each and with its own steering device each are provided, wherein one drive
unit (13, 14) each is located in front and behind the centre of gravity (S) of the
toy vehicle (1) respectively in the direction of the vehicle longitudinal axis (10).
3. Toy vehicle system according to claim 1,
characterised in that precisely one drive unit (14) is provided, which drive unit (14) comprises two drive
motors (11, 12), two rolling elements (6, 8) in the form of wheels and a steering
device, wherein the first rolling element (6) can be driven about the first axis of
rotation (7) by the first drive motor (11), wherein the second rolling element (8)
is arranged at an axial distance from the first rolling element (6) and can be driven
about the second axis of rotation (9) by the second drive motor (12), in that the first axis of rotation (7) and the second axis of rotation (9) are jointly adjustable
by the one steering device, and in that the centre between the two rolling elements (6, 8) lies in the region of the centre
of gravity (S) of the toy vehicle (1).
4. Toy vehicle system according to claim 3,
characterised in that the steering device comprises a bogie (15) with a vertical steering axis (16) and
a steering drive (17), wherein the two drive motors (11, 12) are assigned to the one
bogie (15), and wherein the two rolling elements (6, 8) are mounted on the bogie (15)
in such a way that the first axis of rotation (11) and the second axis of rotation
(12) are coaxial and can be adjusted jointly by means of the bogie (15).
5. Toy vehicle system according to any of claims 1 to 4,
characterised in that the toy vehicle (1) has at least one pair of dummy wheels (21, 22), wherein one pair
of dummy wheels (21) in particular is designed to be steerable or freely co-steering.
6. Toy vehicle system according to any of claims 1 to 5,
characterised in that the toy vehicle (1) has a vehicle longitudinal axis (10), and in that, in particular when travelling along a curve (27), the control unit (3) can act on
the drive and/or on the steering device of the toy vehicle (1) in such a way that
the toy vehicle (1) executes a local movement component transversely to the vehicle
longitudinal axis (10).
7. Toy vehicle system according to claim 1 and to any of claims 5 to 6,
characterised in that the computational driving simulation is based on virtual limit static friction force
(Fm), the virtual dynamic friction force (Fg), the uncorrected operating friction force (Fb) and the virtual operating friction force (Fv) between the dummy wheels (21, 22) and the ground (5).
8. Toy vehicle system according to any of claims 1 to 7,
characterised in that the control unit (3) is located in the remote control transmitter (2), and in that the assembly of control unit (3) and remote control transmitter (2) is in particular
represented by a programmed smartphone or another mobile terminal device such as a
tablet.
9. Toy vehicle system comprising a toy vehicle (1) and a remote control transmitter (2),
wherein the toy vehicle (1) comprises a drive with rolling elements (6, 8) for transmitting
frictional forces to a ground (5) and a steering device, wherein the toy vehicle system
additionally comprises a control unit (3), into which the control input signals of
the remote control transmitter (2) are fed and which generates control output signals
which act on the drive and on the steering device of the toy vehicle (1),
characterised in that a virtual limit static friction force (F
m) and a virtual dynamic friction force (F
g) between the toy vehicle (1) and the ground (5) can be retrieved in the control unit
(3), wherein the virtual limit static friction force (F
m) is less than a corresponding actually transmittable maximum friction force between
the rolling elements (6, 8) and the ground (5), and wherein the virtual dynamic friction
force (F
g) is less than/equal to the virtual limit static friction force (F
m),
in that the control unit (3) is designed for a computational driving simulation with the
inclusion of the control input signals of the remote control transmitter (2) in such
a way
- that an uncorrected operating friction force (Fb) acting between the toy vehicle (1) and the ground (5) is computationally determined
by the control unit (3) and compared to the virtual limit static friction force (Fm),
- wherein in a normal mode, in which the computationally determined uncorrected operating
friction force (Fb) is less than the virtual limit static friction force (Fm), the driving behaviour of the toy vehicle (1) is computationally simulated at the
level of the uncorrected operating friction force (Fb) under the local action of a virtual operating friction force (Fv),
- and wherein in a skid mode, in which the computationally determined uncorrected
operating friction force (Fb) is more than the virtual limit static friction force (Fm), the driving behaviour of the toy vehicle (1) is simulated at the level of the virtual
dynamic friction force (Fg) under the local action of a virtual operating friction force (Fv),
and in that the control unit (3) is designed to generate from the computational driving simulation
control output signals and to make them act on the drive with the rolling elements
(6, 8) and on the steering device in such a way that the toy vehicle (1) executes
a driving movement in accordance with to the computational driving simulation under
the action of the virtual operating friction force (Fv).
10. Method for operating a toy vehicle system,
wherein the toy vehicle system comprises a toy vehicle (1) and a remote control transmitter
(2), wherein the toy vehicle (1) comprises a drive with rolling elements (6, 8) for
transmitting frictional forces to a ground (5) and a steering device, wherein the
toy vehicle system additionally comprises a control unit (3), into which the control
input signals of the remote control transmitter (2) are fed and which generates control
output signals which act on the drive and on the steering device of the toy vehicle
(1),
characterised in that a virtual limit static friction force (F
m) and a virtual dynamic friction force (F
g) between the toy vehicle (1) and the ground (5) can be retrieved in the control unit
(3), wherein the virtual limit static friction force (F
m) is less than a corresponding actually transmittable maximum friction force between
the rolling elements (6, 8) and the ground (5), and wherein the virtual dynamic friction
force (F
g) is less than/equal to the virtual limit static friction force (F
m),
in that a computational driving simulation with the inclusion of the control input signals
of the remote control transmitter (2) is executed by the control unit (3) in such
a way
- that an uncorrected operating friction force (Fb) acting between the toy vehicle (1) and the ground (5) is computationally determined
by the control unit (3) and compared to the virtual limit static friction force (Fm),
- wherein in a normal mode, in which the computationally determined uncorrected operating
friction force (Fb) is less than the virtual limit static friction force (Fm), the driving behaviour of the toy vehicle (1) is computationally simulated at the
level of the uncorrected operating friction force (Fb) under the local action of a virtual operating friction force (Fv),
- and wherein in a skid mode, in which the computationally determined uncorrected
operating friction force (Fb) is more than the virtual limit static friction force (Fm), the driving behaviour of the toy vehicle (1) is simulated at the level of the virtual
dynamic friction force (Fg) under the local action of a virtual operating friction force (Fv),
and in that the control unit (3) generates from the computational driving simulation control
output signals and makes them act on the drive with the rolling elements (6, 8) and
on the steering device in such a way that the toy vehicle (1) executes a driving movement
in accordance with to the computational driving simulation under the action of the
virtual operating friction force (Fv).
11. Method according to claim 10,
characterised in that the toy vehicle (1) has a vehicle longitudinal axis (10), in that an acceleration in the direction of the vehicle longitudinal axis (10) is predetermined
and a friction force in the direction of the vehicle longitudinal axis (10) is derived
therefrom, and in that, if the virtual limit static friction force (Fm) is exceeded, the acceleration in the direction of the vehicle longitudinal axis
(10) is reduced to a limit acceleration which corresponds to the virtual dynamic friction
force.
12. Method according to claim 10 or 11,
characterised in that the toy vehicle (1) has a vehicle longitudinal axis (10), in that, when driving along a curve (27) with a local radius (r), an acceleration of the
toy vehicle (1) in the direction of the local radius (r) and from that a friction
force transverse to the direction of the vehicle longitudinal axis (10) is derived,
and in that, if the virtual limit static friction force (Fm) is exceeded, the control unit (3) acts on the drive and/or on the steering device
of the toy vehicle (1) in such a way that the toy vehicle (1) executes a local movement
component transversely to the vehicle longitudinal axis (10).
13. Method according to claim 12,
characterised in that the curve has a local tangent (f), in that the vehicle longitudinal axis (10) lies at a first angle (α) to the local tangent
(f) in the normal mode, and in that in the simulated skid mode the vehicle longitudinal axis (10) is transferred from
its first angle (α) to a second angle (β) to the local tangent (f) of the curve.
14. Method according to any of claims 10 to 13,
characterised in that the toy vehicle (1) has at least two drive motors (11, 12) and at least two rolling
elements (6, 8) for transmitting a drive torque to the ground (5), wherein the rolling
elements (6, 8) can be driven by means of the drive motors (11, 12) to rotate independently
of each other about respective axes of rotation (7, 9), and in that the toy vehicle (1) comprises at least one steering device for adjusting orientation
directions of the axes of rotation (7, 9) relative to the vehicle longitudinal axis
(10), and in that the control unit (3) acts on the drive motors (11, 12) and the at least one steering
device.
1. Système de véhicule-jouet, comprenant un véhicule-jouet (1) et un émetteur de télécommande
(2),
dans lequel le véhicule-jouet (1) comprend un entraînement avec au moins deux moteurs
d'entraînement (11, 12), au moins deux éléments de roulement (6, 8) pour transmettre
des forces de friction et un couple d'entraînement à un support (5), et au moins un
dispositif de direction, et dans lequel le système de véhicule-jouet comprend en supplément
une unité de commande (3) dans laquelle sont entrés des signaux d'entrée de commande
de l'émetteur de télécommande (2) et qui génère des signaux de sortie de commande
qui agissent sur les moteurs d'entraînement (11, 12) et sur le au moins un dispositif
de direction,
caractérisé en ce que les éléments de roulement (6, 8) sont aptes à être entraînés en rotation indépendamment
l'un de l'autre autour d'axes de rotation respectifs (7, 9) à l'aide des moteurs d'entraînement
(11, 12),
en ce que le au moins un dispositif de direction est formé pour régler des directions d'orientation
des axes de rotation (7, 9) par rapport à l'axe longitudinal de véhicule (10),
en ce que dans l'unité de commande (3) peuvent être appelées une force de friction d'adhérence
limite virtuelle (F
m) ainsi qu'une force de friction de glissement virtuelle (F
g) entre le véhicule-jouet (1) et le support (5), dans lequel la force de friction
d'adhérence limite virtuelle (F
m) est inférieure à une force de friction maximale correspondante, réellement transmissible,
entre les éléments de roulement (6, 8) et le support (5), et dans lequel la force
de friction de glissement virtuelle (F
g) est inférieure/égale à la force de friction d'adhérence limite virtuelle (F
m),
en ce que l'unité de commande (3) est conçue pour une simulation de conduite par calcul, en
prenant en compte les signaux d'entrée de commande de l'émetteur de télécommande (2),
pour que
- par l'unité de commande (3) une force de friction de fonctionnement non corrigée
(Fb) agissant entre le véhicule-jouet (1) et le support (5) soit déterminée par calcul
et soit comparée à la force de friction d'adhérence limite virtuelle (Fm),
- dans lequel dans un mode normal dans lequel la force de friction de fonctionnement
virtuelle non corrigée (Fb) déterminée par calcul est inférieure à la force de friction d'adhérence limite virtuelle
(Fm), la conduite du véhicule-jouet (1) est simulée par calcul sous l'action locale d'une
force de friction de fonctionnement virtuelle (Fv) à la hauteur de la force de friction de fonctionnement non corrigée (Fb),
- et dans lequel dans un mode de dérapage dans lequel la force de friction de fonctionnement
non corrigée (Fb) déterminée par calcul est supérieure à la force de friction d'adhérence limite (Fm), la conduite du véhicule-jouet (1) est simulée sous l'action locale d'une force
de friction de fonctionnement virtuelle (Fv) à la hauteur de la force de friction de glissement virtuelle (Fg),
et en ce que l'unité de commande (3) est conçue pour générer à partir de la simulation de conduite
par calcul des signaux de sortie de commande et pour les faire agir sur l'entraînement
avec les éléments de roulement (6, 8) ainsi que sur le dispositif de direction de
telle sorte que le véhicule-jouet (1) effectue un mouvement de conduite selon la simulation
de conduite par calcul sous l'action de la force de friction de fonctionnement virtuelle
(Fv).
2. Système de véhicule-jouet selon la revendication 1,
caractérisé en ce qu'il est prévu deux unités d'entraînement (13, 14) avec chacune un moteur d'entraînement
(11, 12), un élément de roulement (6, 8) et un dispositif de direction propre, dans
lequel les unités d'entraînement (13, 14) sont disposées respectivement devant et
derrière le centre de gravité (S) du véhicule-jouet (1) dans la direction de l'axe
longitudinal de véhicule (10).
3. Système de véhicule-jouet selon la revendication 1,
caractérisé en ce qu'il est prévu exactement une unité d'entraînement (14) qui comprend deux moteurs d'entraînement
(11, 12), deux éléments de roulement (6, 8) en forme de roue ainsi qu'un dispositif
de direction, dans lequel le premier élément de roulement (6) est entraîné par le
premier moteur d'entraînement (11) autour du premier axe de rotation (7), dans lequel
le deuxième élément de roulement (8) est disposé à une distance axiale du premier
élément de roulement (6) et est apte à être entraîné par le deuxième moteur d'entraînement
(12) autour du deuxième axe de rotation (9), en ce que le premier axe de rotation (7) et le deuxième axe de rotation (9) sont réglables
conjointement par ledit dispositif de direction, et en ce que le centre entre les deux éléments de roulement (6, 8) est situé dans la zone du centre
de gravité (S) du véhicule-jouet (1).
4. Système de véhicule-jouet selon la revendication 3,
caractérisé en ce que le dispositif de direction comprend un châssis tournant (15) avec un axe de direction
vertical (16) et un entraînement de direction (17), dans lequel les deux moteurs d'entraînement
(11, 12) sont associés audit châssis tournant (15), et dans lequel les deux éléments
de roulement (6, 8) sont montés sur le châssis tournant (15) de telle sorte que le
premier axe de rotation (11) et le deuxième axe de rotation (12) soient coaxiaux et
soient réglables conjointement à l'aide du châssis tournant (15).
5. Système de véhicule-jouet selon l'une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que le véhicule-jouet (1) comporte au moins une paire de fausses roues (21, 22), dans
lequel en particulier une paire de fausses roues (21) est réalisée pour être dirigeable
ou folle.
6. Système de véhicule-jouet selon l'une des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que le véhicule-jouet (1) comporte un axe longitudinal de véhicule (10) et en ce qu'en particulier lors d'un trajet le long d'une courbe (27), l'unité de commande (3)
peut agir sur l'entraînement et/ou sur le dispositif de direction du véhicule-jouet
(1) de telle sorte que le véhicule-jouet (1) décrive une composante de mouvement locale
transversalement par rapport à l'axe longitudinal de véhicule (4).
7. Système de véhicule-jouet selon la revendication 1 et l'une des revendications 5 à
6,
caractérisé en ce que la simulation de conduite par calcul est basée sur la force de friction d'adhérence
limite virtuelle (Fm), la force de friction de glissement virtuelle (Fg), la force de friction de fonctionnement non corrigée (Fb) et la force de friction de fonctionnement virtuelle (Fv) entre les fausses roues (21, 22) et le support (5).
8. Système de véhicule-jouet selon l'une des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que l'unité de commande (3) est disposée dans l'émetteur de télécommande (2), et en ce que l'unité de construction composée de l'unité de commande (3) et de l'émetteur de télécommande
(2) est formée en particulier par un smartphone programmé ou un autre terminal mobile
tel qu'une tablette, etc.
9. Système de véhicule-jouet comprenant un véhicule-jouet (1) et un émetteur de télécommande
(2), dans lequel le véhicule-jouet (1) comprend un entraînement avec des éléments
de roulement (6, 8) pour transmettre des forces de friction à un support (5) ainsi
qu'un dispositif de direction, dans lequel le système de véhicule-jouet comprend en
supplément une unité de commande (3) dans laquelle sont entrés des signaux d'entrée
de commande de l'émetteur de télécommande (2) et qui génère des signaux de sortie
de commande qui agissent sur l'entraînement et sur le dispositif de direction du véhicule-jouet
(1),
caractérisé en ce que dans l'unité de commande (3) peuvent être appelées une force de friction d'adhérence
limite virtuelle (F
m) et une force de friction de glissement virtuelle (F
g) entre le véhicule-jouet (1) et le support (5), dans lequel la force de friction
d'adhérence limite virtuelle (F
m) est inférieure à une force de friction maximale correspondante, réellement transmissible,
entre les éléments de roulement (6, 8) et le support (5), et dans lequel la force
de friction de glissement virtuelle (F
g) est inférieure/égale à la force de friction d'adhérence limite virtuelle (F
m),
en ce que l'unité de commande (3) est conçue pour une simulation de conduite par calcul, en
prenant en compte les signaux d'entrée de commande de l'émetteur de télécommande (2),
pour que
- par l'unité de commande (3) une force de friction de fonctionnement non corrigée
(Fb) agissant entre le véhicule-jouet (1) et le support (5) soit déterminée par calcul
et soit comparée à la force de friction d'adhérence limite virtuelle (Fm),
- dans lequel dans un mode normal dans lequel la force de friction de fonctionnement
non corrigée (Fb) déterminée par calcul est inférieure à la force de friction d'adhérence limite virtuelle
(Fm), la conduite du véhicule-jouet (1) est simulée par calcul sous l'action locale d'une
force de friction de fonctionnement virtuelle (Fv) à la hauteur de la force de friction de glissement virtuelle (Fg),
- et dans lequel dans un mode de dérapage dans lequel la force de friction de fonctionnement
non corrigée (Fb) déterminée par calcul est supérieure à la force de friction d'adhérence limite (Fm), la conduite du véhicule-jouet (1) est simulée sous l'action locale d'une force
de friction de fonctionnement virtuelle (Fv) à la hauteur de la force de friction de glissement virtuelle (Fg),
et en ce que l'unité de commande (3) est conçue pour générer à partir de la simulation de conduite
par calcul des signaux de sortie de commande et pour les faire agir sur l'entraînement
avec les éléments de roulement (6, 8) ainsi que sur le dispositif de direction de
telle sorte que le véhicule-jouet (1) effectue un mouvement de conduite selon la simulation
de conduite par calcul sous l'action de la force de friction de fonctionnement virtuelle
(Fv).
10. Procédé pour le fonctionnement d'un système de véhicule-jouet, dans lequel le système
véhicule-jouet (1) comprend un véhicule-jouet (1) et un émetteur de télécommande (2),
dans lequel le véhicule-jouet (1) comporte un entraînement avec des éléments de roulement
(6, 8) pour transmettre des forces de friction à un support (5) ainsi qu'un dispositif
de direction, dans lequel le système de véhicule-jouet comprend en supplément une
unité de commande (3) dans laquelle sont entrés des signaux d'entrée de commande de
l'émetteur de télécommande (2) et qui génère des signaux de sortie de commande qui
agissent sur l'entraînement et sur le dispositif de direction du véhicule-jouet (1),
caractérisé en ce que dans l'unité de commande (3) peuvent être appelées une force de friction d'adhérence
limite virtuelle (F
m) et une force de friction de glissement virtuelle (F
g) entre le véhicule-jouet (1) et le support (5), dans lequel la force de friction
d'adhérence limite virtuelle (F
m) est inférieure à une force de friction maximale correspondante, réellement transmissible,
entre les éléments de roulement (6, 8) et le support (5), et dans lequel la force
de friction de glissement virtuelle (F
g) est inférieure/égale à la force de friction d'adhérence limite virtuelle (F
m),
en ce que dans l'unité de commande (3) une simulation de conduite par calcul en prenant en
compte les signaux d'entrée de commande de l'émetteur de télécommande (2) est réalisée
pour que
- par l'unité de commande (3) une force de friction de fonctionnement non corrigée
(Fb) agissant entre le véhicule-jouet (1) et le support (5) soit déterminée par calcul
et soit comparée à la force de friction d'adhérence limite virtuelle (Fm),
- dans lequel dans un mode normal dans lequel la force de friction de fonctionnement
non corrigée(Fb) déterminée par calcul est inférieure à la force de friction d'adhérence limite virtuelle
(Fm), la conduite du véhicule-jouet (1) est simulée par calcul sous l'action locale d'une
force de friction de fonctionnement virtuelle (Fv) à la hauteur de la force de friction de fonctionnement non corrigée (Fb),
- et dans lequel dans un mode de dérapage dans lequel la force de friction de fonctionnement
non corrigée (Fb) déterminée par calcul est supérieure à la force de friction d'adhérence limite (Fm), la conduite du véhicule-jouet (1) est simulée sous l'action locale d'une force
de friction de fonctionnement virtuelle (Fv) à la hauteur de la force de friction de glissement virtuelle (Fg),
et en ce que l'unité de commande (3) génère à partir de la simulation de conduite par calcul des
signaux de sortie de commande et les fait agir sur l'entraînement avec les éléments
de roulement (6, 8) ainsi que sur le dispositif de direction de telle sorte que le
véhicule-jouet (1) effectue un mouvement de conduite selon la simulation de conduite
par calcul sous l'action de la force de friction de fonctionnement virtuelle (Fv).
11. Procédé selon la revendication 10,
caractérisé en ce que le véhicule-jouet (1) comporte un axe longitudinal de véhicule (10), en ce qu'une accélération dans la direction de l'axe longitudinal de véhicule (10) est prédéfinie,
d'où est dérivée une force de friction dans la direction de l'axe longitudinal de
véhicule (10), et en ce que lors du dépassement de la force de friction d'adhérence limite virtuelle (Fm) l'accélération dans la direction de l'axe longitudinal de véhicule (10) est réduite
à une accélération limite qui correspond à la force d'adhérence de glissement virtuelle.
12. Procédé selon la revendication 10 ou 11,
caractérisé en ce que le véhicule-jouet (1) comporte un axe longitudinal de véhicule (10) et en ce que lors d'un trajet le long d'une courbe (27) avec un rayon local (r), une accélération
du véhicule-jouet (1) dans la direction du rayon local (r) et, à partir de là, une
force de friction transversale par rapport à la direction de l'axe longitudinal de
véhicule (10) sont dérivées, et en ce que lors du dépassement de la force de friction d'adhérence limite virtuelle (Fm) l'unité de commande (3) agit sur l'entraînement et/ou le dispositif de direction
du véhicule-jouet (1) de telle sorte que le véhicule-jouet (1) décrive une composante
de mouvement locale transversalement par rapport à l'axe longitudinal de véhicule
(4).
13. Procédé selon la revendication 12,
caractérisé en ce que la courbe présente une tangente locale (t), en ce que l'axe longitudinal de véhicule (10, dans le mode normal, se trouve à un premier angle
(α) par rapport à la tangente locale (t), et en ce que dans le mode de dérapage simulé l'axe longitudinal de véhicule (10) transfère l'axe
longitudinal de véhicule (10), à partir de son premier angle (α), dans un deuxième
angle (β) par rapport à la tangente locale (t) de la courbe.
14. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13,
caractérisé en ce que le véhicule-jouet (1) comprend au moins deux moteurs d'entraînement (11, 12) et au
moins deux éléments de roulement (6, 8) pour transmettre un couple d'entraînement
au support (5), dans lequel les éléments de roulement (6,8) sont aptes à être entraînés
en rotation indépendamment l'un de l'autre autour d'axes de rotation respectifs (7,
9) à l'aide des moteurs d'entraînement (11, 12), et en ce que le véhicule-jouet (1) comprend au moins un dispositif de direction pour régler des
directions d'orientation des axes de rotation (7, 9) par rapport à l'axe longitudinal
de véhicule (10), et en ce que l'unité de commande (3) agit sur les moteurs d'entraînement (11, 12) et sur le au
moins un dispositif de direction.