专利名称：电动玩具车的控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及电动玩具车的控制系统，具体类型是在有导向槽的轨道上运动，导向槽的侧面是导电轨道，车辆从导电轨道中动态地获取电流。本发明还涉及这种车辆的控制方法。
背景技术：
众所周知，在现有技术中远程控制玩具车的速度，车辆的运动是利用导向装置并从与这些导向装置相关的导电轨道中动态地获取电流，利用可变电阻器装置调节提供给所述导电轨道的电流。直流电源提供恒定的最大电压给所述可变电阻器装置，可变电阻器装置集成在配置用户操作按钮或触发器的控制器中，并借助于缆线连接到与特定车辆导向装置相关的导电轨道。一般地说，游戏包括利用并行，独立导向器运动的几个车辆，而提供给每个车辆的电压是受不同游戏者的控制。在这种现有技术的系统中，控制器不但作用在具体车辆上，而且还作用在利用导向器使车辆运动的导电轨道上。不能利用相同的导向器独立地控制两个车辆。
专利EP-A-0806230描述一种在控制器与导电轨道电源之间的无线电通信系统。专利ES-A-2113312描述这样一种系统，借助于该系统可以加不同电压到导电轨道上，其目的是加不同速度到从可编程数字序列出发的玩具车上。专利ES-A-2117517描述控制车速的装置，这在现有技术中是熟知的，但它添加导电轨道呈现不连续性的项目。
专利EP-A-0574634描述一种由无线电控制玩具车的控制系统，玩具车自由地运动(没有导向槽的引导)，包含鉴别码的数字控制信号传输的工作命令发送到玩具车。这在以下的情况下是特别有用的如果没有许多无线电信道，或建立可调谐的通信系统是非常昂贵的，和需要多个车辆分享仅仅一个无线电信道。
最后，需要强调的是，专利US-A-5311106描述一种控制器，代替使用可变电阻器和电压，它利用电子装置上可变工作循环的方波形电源信号以降低发热量。此外，它包含插入称之为“个性化模块”的设备，该模块是一种可以改变信号特性的电阻器电路，因此，它适合于不同类型的车辆。
本发明的目的是提供一种电动玩具车的控制系统和方法，玩具车在有几个导向槽的轨道上运动，每个导向槽的侧面是导电轨道，车辆从导电轨道中动态地获取电流，从而允许独立地控制在导向槽上运动的每个车辆。
发明内容
按照本发明，实现以上的目的是利用DS(数字信号)以控制电动玩具车，玩具车是在有几个导向槽的轨道上运动，每个导向槽的侧面是导电轨道，车辆从导电轨道中动态地获取电流。所述DS包含每个车辆的鉴别码，它不但在无线电信道上，如上述的专利EP-A-0574634，而且还在相同的导电轨道上，使用鉴别码的理由是重要的。
本发明涉及电动玩具车的控制系统，具体类型是利用电流使玩具车在有导向槽的轨道上运动，导向槽的侧面是导电轨道，如在现有技术中所熟知的。所述车辆包含传输运动到至少一个车轴的微电机，它构成车辆的驱动轴，并在底座的前端包含一组导向器和动态电流收集器，它包含适合于上述导向槽内部滑动的导向滑板，使车辆保持在轨道上。
按照常规的方式，这种车辆接受控制器的命令，本发明的特征是，它至少包含发送信号的发射控制系统，该信号管理车辆的运行。所以，所述车辆包含接收所述信号的接收控制系统以及与所述接收器相关的激励器装置。此外，在一个优选实施例中，该车辆包含发射控制系统，它能够发射诸如位置，交叉或停车在路线中某些点，或车辆在沿轨道运动时其他事件信息的信号。此外，与这个发射器一起安排电磁和/或机械装置，它们与上述发射器相互作用以激励上述信息传输到信息管理和控制单元，该单元与至少一个所述控制器相关。
本发明的另一个特征是，在第一位置从相关发射器发送到控制器的上述信号是数字波形，并由串联脉冲的时间信号构成，它包含携带车辆鉴别码的第一脉冲和随后的第二脉冲，第二脉冲携带有关车辆运行的工作命令。
从站台发射基本工作命令到车辆的情况无疑是速度控制。这个命令涉及驱动一个上述车辆性能装置，它调节加到微电机上的功率，从而调节它的速度。还可以知道，在另一个实施例中，控制器并不编码信号。控制器连接到具体端口中的站台。站台检测是否存在控制器并把所述端口与一个代码相关，此后，该代码与具体车辆相联系。
重要的是，只有在与车辆相关的接收器验证鉴别码之后才对这个工作命令进行处理。
第二，类似地，本发明的另一个特征是，从与车辆相关的发射器发送的信号是数字波形，它包含携带鉴别码的第一脉冲和随后的第二脉冲，站台比较鉴别码与参考码，第二脉冲携带有关位置，交叉或停车在路线中某些点或车辆工作状态信息的消息。按照相同的方法，只有在与站台相关的接收器验证鉴别码之后才对所述消息进行处理。
可以知道，在授权车辆允许之后，从车辆到站台的传输是在所述站台确定的某个时间间隔内完成。因此，在发射之前，站台查询各个车辆以询问哪个车辆需要发射。在此之后，站台处在高阻抗以听取并在处理应答之后，它应用一系列准则以授权其中一个车辆在一段时间之后进行通信。
使用这个编码通信的主要应用是，至少一个相同的导电轨道可以被配备各自控制装置的至少两个车辆暂时分享。这同一个分享导电轨道通常是指定接通电源的轨道。
虽然在优选实施例中DS加到上述微电机功率传输的相同导电轨道上，但是我们知道，可以利用另一个导电轨道，例如，传输上述DS的独立通道。在一个优选实施例中，这另一条路线放置在低电平并相对于两个电流收集器轨道的中间位置，两个轨道是在导向槽的侧面。此外，在车辆中需要包含附加的动态电流收集器，它能够把控制信号传向接收器。在两种情况下，编码通信允许分享相同的轨道。
我们知道这样一个实施例，其中控制DS在预定功率的第一电平电压与第二电平电压之间，因此，它们叠加到所述第一预定电平电压的电源信号上，在相同功率的导电轨道上循环。
在另一个实施例中，我们知道，时间复用控制信号和一个功率。在标记为tcontrol的非常短暂但足够的时间周期内，可以发射上述脉冲，随后加电源信号到导电轨道上。
我们知道，在多个车辆运动在相同导向槽的情况下，有利的是提供这样的装置，使车辆可以改变导向槽，例如，向前进。
这些装置是基于车辆性能装置中的驱动器，电磁系统移动可缩放的单元，它最好与导向器组相关，并能与正确设计的轨道部分相互作用，从而改变导向槽。
在本发明的语境下，所述驱动器接受具体工作命令的控制，工作命令是从与控制器相关的发射器发送到车辆。
在许多应用中，需要知道车辆在路线中的位置。如上所述，为此目的需要有与车辆相关的第一装置和与导向槽相关的第二装置。
与车辆相关的第一装置是电磁和/或机械装置，它能检测第二装置产生的电磁和/或机械激励，第二装置包含在与导向槽相关的不同电磁和/或机械装置中。与车辆相关的第一装置与上述发射器相互作用以激励消息的传输，该消息包含指向站台的位置。
如上所述，可以利用另一个导电轨道，例如，传输上述DS的独立通道。此外，这另一个路线还可以用于得到诸如位置的信息。
一种方法是使这另一个路线具有分段形式，由于假设车辆的平均速度足够高，可以确定非重要的点，其中控制器可以在足够短的时刻被中断，因此，它不影响游戏的性能。基于车辆在确定时刻接触这些段中的一段，可以近似地确定该位置。
本发明还可以集成存储发送消息登记的装置，其目的是用于以后分析比赛和准备游戏程序。
借助于本发明的系统和方法，每个游戏者控制他特定的车辆而不是它运行的导向器；即，可以控制独立于导向槽的每个车辆，车辆通过导向槽运动。例如，利用它们各自游戏者独立控制的相同导向器，可以运行两个或多个车辆，这在现有技术的系统中是不可能的。
图1表示现有技术电动玩具车的基本电路配置，和图2表示控制器的基本电路配置。
图3表示构成控制信号和控制信号叠加到馈电信号上的时间信号。
图3b表示构成控制信号和在时间tcontrol内与馈电信号复用的时间信号。
图4表示本发明电动玩具车的基本电路配置，和图5表示控制器的基本电路配置。
图5b表示另一种控制器的基本电路配置，其中没有任何馈电机构并使用传统的可变电阻器。
图6表示控制系统的方框图。
图7表示具有视觉和控制功能的高级控制器例子，它是根据比赛中车辆的位置和导向器变化以及其他参数得到的。
图8和9表示本发明原理应用于导向槽变化的例子。图8表示与所述目标车辆相关的优选实施例装置方案，和图9表示正确设计轨道的典型方案。
图10表示馈电系统和接触系统的优选实施例方案，它能够以可扩充方式给几个车辆馈电。
以下，我们给出一个关于附图的参考数字列表，它可用于本发明的以下具体实施例。
1.灯2.微电机3.动态馈电电流收集器4.速度触发器
5.可变电阻器6.轨道连接器7.鉴别码8.消息(命令或位置)9.消息属性10.控制信号11.电源信号12.在使用另一个导电轨道情况下任选的动态电流收集器13.灯14.动态馈电电流收集器15.微电机16.控制系统17.电磁铁(改变导向)18.速度触发器19.光阅读器装置20.控制系统20a。代码选择器21.车辆代码开关22.灯开关23.改变导向开关24.轨道连接器25.控制器26.控制单元A+I馈电+信息28.轨道29.车辆30.电源31.其他游戏单元膝上型计数器，速度计等32.平均速度指示器
33.消耗指示器34.瞬时速度指示器35.圈数指示器36.控制按钮37.速度触发器38.电磁装置39.导向器盖40.弹簧41.活动导向板42.导向槽43.较深区44.可插入的12V电源组45.轨道46.6个数字控制收集器47.电源收集器48.数字电源24V和12V49.速度触发器50.可变电阻器51.控制系统52.变速开关(涡轮)53.灯开关54.改变导向开关55.轨道连接器56.鉴别码57.消息(命令或位置)58.消息属性59.控制信号60.电源信号
具体实施例方式
图1表示现有技术电动玩具车的基本电路配置。
动态馈电电流收集器3直接给微电机2和灯1馈电，因此，它们接收或多或少电压，这个电压是借助于控制器调节的。微电机的转速直接与两个终端上所加的电压有关。所以，利用控制器调节电压，可以调节车辆的速度。
图2表示现有技术控制器的基本电路配置。
速度触发器4用机械方式调节加到分压器上可变电阻器5的长度，因此，在轨道连接器6中，当触发器4变化时，所加电压在某个范围内变化。
图3中可以观察到的控制信号是数字波形信号，它是由携带信息的串联脉冲构成，这些脉冲组织成信号，因此，它有携带鉴别码7的第一脉冲，可以与上述接收器的参考码进行比较。在这个码之后，第二脉冲8安排成携带工作命令或消息(例如，位置)，因此，只有在接收器验证上述鉴别码之后才处理这后一个脉冲。最后，携带补充信息，属性或数据的第三个脉冲9是与第二脉冲8中传输的命令或消息相关的信息。
在本发明第一个实施例中，这个信号借助于上述叠加方法加到相同的导电馈电轨道上。另一个实施例在简短和足够的时间周期内有控制信号的复用，约在标记为tcontrol的8毫秒内。在该时间内传输上述脉冲，并加电源信号到导电轨道，电机不鉴别二者的差别。这两种情况可以使轨道与数字系统相容是理想的。这种相容性允许制造适用于旧式电路的数字化组件。
图3表示0V与第一电平预定电源电压Vvehicle(通常为12V)之间的电源电压范围和适用于控制信号并在Vvehicle与第二电平Vmax电压(通常为24V)之间的电压范围。图3b表示Vveh电压18V与Vmax电压24V之间的最大脉冲值。最小值是0V，而电源信号是在Vveh与Vmax之间。
这些电平电压对于避免噪声问题是充分的，并确保电路中没有损耗。
图4表示本发明电动玩具车的基本电路配置，而图5表示控制器的基本电路配置。
图4表示动态馈电电流收集器14和任选的动态电流收集器12，动态电流收集器12对应于使用另一个导电轨道。与图1比较的新颖性是引入控制系统16，它使车辆有接收器的功能。所述装置是由无源元件构成，三个晶体管和一个基本微计算机。它接收命令，解码和执行这些命令，作用到性能装置上，例如，改变导向的电磁铁17。此外，根据该方案可以推论，调节电机速度(即，加在其终端上的电压)的性能装置集成在对应于控制系统的模块内。
图5表示速度触发器18，借助于光阅读器装置19可以检测它的运动。这个装置是由两个光耦合器构成，它读出塑料片上与触发器相关的条形码。
根据这个读数，可以得到控制触发器的位置和方向，并由控制系统20进行处理，控制系统20与发射上述信号的车辆通信。
此外，在控制器中有选择器码20a，车辆代码开关21，灯on/off开关22，改变导向开关23。所有这些开关作用在控制系统20上，这也是相对于图2最重要的新颖性，因此，它合适地发送工作命令到车辆，知道仅有一个车辆响应这个命令。
借助于上述的DS，控制器发送鉴别码到车辆，在其处理器的不可擦除内部存储器中记录这个鉴别码，因此，从那个时刻起，它们形成耦合的“发射器-接收器”。利用控制器和电源以及在轨道中没有其他的车辆，在轨道的任何部分编程车辆代码，可以避免两个车辆分享相同的代码。
图5b表示另一个控制器的基本电路配置，其中没有任何的信号编码机构，并利用传统的可变电阻器50。此外，开关52是变速(涡轮)开关。一般地说，当包含新的功能时，控制器设计成包含新的开关。
控制器连接到具体端口中的站台。站台检测是否存在控制器并把所述端口与代码相关，此后，该代码与具体车辆相联系。
在这种情况下，站台有高达4个端口，但其中仅有一个端口连接到轨道。为了增加更多的车辆，需要借助于特定连接器连接次站台到主站台以扩充其他4个车辆，直至最多有4个站台，此处假设最多有16个车辆在运行。
图6表示控制系统的方框图。可以观察到系统是如何并行地应用于几个车辆。关键点是控制单元26。应当注意，在给车辆馈电的相同轨道上，控制单元26可以连接到其他的游戏单元31，例如，以下描述的圈数计数器，速度计等。
图8和图9表示本发明原理应用于改变导向槽的例子。
图8表示与车辆相关装置的优选实施例方案。可以观察到，改变导向的原理是驱动电磁铁38，它移动与导向器组相关的可缩放单元，例如，弹簧40推动的活动导向板41，在正确设计轨道部分，借助于导向板改变导向，如图9的示意图所示。重要的是所述导向板41可以向下弯曲与较深区43接触(可以避免两个导向槽42之间的接触点问题)，从而迫使车辆跟随另一个导向器。
需要强调的是，不同车辆分享相同的馈电轨道意味着，需要使馈电装置按照最终的车辆数目可缩放，为此目的，利用图10所示新的馈电模块。这是基于有共同部分的底座48(数字电源组)，例如，它给同时4个车辆产生+24V信令和+Vvehile，并允许插入多于自动形式的3个模块44，这些模块并行地放置在底座上，可以按照车辆数目扩充系统。
令人感兴趣的结论是考虑这样的情况，若数字通信区别于馈电，则添加车辆位置的信息，可以得到模拟真实比赛的新好处范围，例如，与通过终止线检测器有关的任何产品，例如，圈数计数器(lap counter)，速度计等。
此外，若提供一种存储发射信号登记的装置，则它可以用于以后分析比赛和准备训练程序，其中游戏者必须克服他自己的登记。
由于数字化，推广在游戏中能够有新的概念，例如，群集车辆。这些车辆是执行有预定命令程序(速度，改变导向等)的车辆，在全部比赛中按照顺序和重复方式执行，从而变成一个产生驱动问题的可移动障碍，并迫使它此期间引起特别的注意。借助于编程所述车辆的特定终端，执行的程序类型可以由外部形式确定。
按照车辆的真实位置，追逐车辆(专业训练员车辆)和在较具体水平上，on/off灯，推入制动器，换挡，skids中的烟雾，再现真实声音，boxes中的入口，展示全部比赛参数的高级控制，连接到个人计算机以分析有一些合适程序的比赛，其他的概念是有时间分类和出发点的位置，声音再现的真实训练。
可以预见未来，在车辆内部安装微摄像机，有轨道可视的控制器，有LCD彩色眼镜的比赛，可以看到驾驶员在车辆中的位置。
这些新的功能迫使开发高级控制器，如图7所示，这是一个数字化高级控制器的例子，它具有视觉和控制功能，它是根据比赛中车辆的位置，改变导向和其他车辆参数获得的。
权利要求
1.一种电动玩具车的控制系统，所述车辆包括传输运动到至少一个车轴的微电机，车轴是相同电机轴的一部分，具体类型是，利用电流可以在有导向槽的轨道上运动，导向槽的侧面是导电轨道，并在底座的前端包括一组导向器和动态电流收集器，它包含适合于上述导向槽内部滑动的导向滑板，使车辆保持在轨道上，这种车辆是受控制器的控制，其特征是，它包括(a)与所述控制器相关的至少一个控制系统发射器，用于发射控制车辆运行的信号；(b)车辆上集成的至少一个控制系统接收器以接收所述信号；和(c)与所述接收器相关的性能装置；与控制器相关的发射器发送的所述信号是数字波形，它包含携带车辆鉴别码的第一脉冲和随后第二脉冲构成的串联脉冲时间信号，鉴别码与上述接收器的参考码进行比较，第二脉冲携带有关车辆运行的工作命令，只有在接收器验证鉴别码之后才对所述第二脉冲进行处理，其中这些信号加到至少一个导电轨道上，它能被配备各自上述接收器的至少两个车辆暂时分享。
2.按照权利要求1的控制系统，其特征是，它还包括(d)控制系统发射器，它能够发射诸如位置，交叉或停车在路线中某些点，或车辆在沿轨道运动时其他事件信息的信号；(e)电磁和/或机械装置，它与上述发射器相互作用以激励上述信息的传输；和(f)至少一个与控制器相关的信息管理和控制单元；其中与车辆相关的发射器发送的信号是数字波形，它包含携带车辆鉴别码的第一脉冲和随后的第二脉冲，站台比较鉴别码与参考码，第二脉冲携带诸如位置，交叉或停车在路线中某些点，或车辆类似情况或运行状态信息的消息。
3.按照权利要求2的控制系统，其特征是，所述电磁和/或机械装置包括车辆中的第一部分，它能够检测第二部分产生的电磁和/或机械激励，第二部分是由与导向槽相关的不同装置构成。
4.按照权利要求2的控制系统，其特征是，所述DS加到给上述微电机传输功率的导电轨道上。
5.按照权利要求3的控制系统，其特征是，所述DS是在预定馈电的第一电平电压与电源信号上叠加所述第一电平电压的第二电平电压之间，利用相同的电源导电轨道传输所有的信号。
6.按照权利要求1的控制系统，其特征是，它包括存储装置，用于存储车辆发送的信号登记，其目的是用于以后分析完成的比赛和准备游戏程序。
7.按照权利要求1，2或3的控制系统，其特征是，利用第三个导电轨道作为传输上述DS的独立通道，用于检测诸如位置的信息。
8.按照权利要求1的控制系统，其特征是，与车辆接收器相关的所述性能装置包括利用可缩放单元的电磁系统，它能够与轨道部分中插入的装置相互作用以改变不同导向槽确定的轨道。
9.按照权利要求8的控制系统，其特征是，改变轨道的所述装置集成在导向槽内部，它是在相同导向槽有分叉的区域。
10.一种电动玩具车的控制方法，其中所述车辆包括微电机，它传输运动到至少一个车轴，车轴是由车辆电机轴构成，利用电流可以在有导向槽的轨道上运动，导向槽的侧面是导体或导电轨道，并在底座的前端包括一组导向器和动态电流收集器，它包含适合于上述导向槽内部滑动的导向滑板，使车辆保持在轨道上，所述车辆是受控制器的控制，其特征是，有利用数字波形信号编码的通信，它是在从站台到车辆的第一方向，包含携带鉴别码的第一脉冲和随后第二脉冲构成串联脉冲的时间信号，上述车辆接收器比较鉴别码与参考码，第二脉冲携带有关车辆运行的工作命令，只有在接收器验证鉴别码之后才对工作命令进行处理。
11.按照权利要求10的控制方法，其特征是，从站台发射到车辆的工作命令至少具有以下两个功能(a)驱动一个上述的车辆性能装置，该系统调节加到微电机上的功率，从而调节微电机的速度；和(b)驱动车辆的性能装置，使电磁系统移动可缩放的单元，它能与正确设计的轨道部分相互作用，从而改变导向槽。
12.按照权利要求10的控制方法，其特征是，利用数字波形信号完成编码通信，它是在从车辆到所述站台的第二方向，包含携带鉴别码的第一脉冲和随后第二脉冲构成串联脉冲的时间信号，站台比较鉴别码与参考码，第二脉冲携带有关位置，交叉，或停车在路线中某些点，或车辆类似情况或运行状态信息的消息。
全文摘要
本发明涉及电动玩具车的控制系统和方法。本发明适合于利用控制单元控制的车辆，车辆是由微电极激励并在包含导向槽的轨道上运动，导向槽的侧面是导电轨道。此外，每个车辆配置动态电流收集器和包含导向凸缘的导向组件，导向凸缘使车辆保持在轨道上。本发明系统包括发射控制装置，它与上述控制单元相关，为的是发射控制车辆运行的数字波形式信号；控制装置，它接收上述信号并安装在车内；和连接到所述接收装置的激励装置。按照本发明，信号至少加在一个导电轨道上，它可以被配备各自接收器的至少两个车辆暂时分享。
文档编号A63H18/00GK1694750SQ02829922
公开日2005年11月9日 申请日期2002年10月22日 优先权日2002年10月22日
发明者路易斯·M.·阿诺曼莱萨, 伊格纳西奥·多明格加西亚, 拉菲尔·奥蒂兹昂特利亚, 安德莱斯·洛佩兹塞兹 申请人:温克勒国际股份有限公司