Et direktedrevet simulatorratt (noen ganger forkortet «DD») er et simulatorratt med direktedrevet mekanisme, altså uten giring (i motsetning til simulatorratt med reduksjonsgir via tannhjul eller beltedriftRichard Baxter Direct drive wheels for sim racing: everything you need to know, at simracingcockpit.com, November 17, 2020Asada, H., & Kanade, T. (1983) Design of direct-drive mechanical arms in Journal of Vibration, Acoustics, Stress, and Reliability in Design, Volume 105, Issue 3, pp.312-316Direct Drive vs Belt Drive vs Gear Drive, SimXperience News at simxperience.com (archived on July 5th, 2021)), og brukes i likhet med andre simulatorratt for å gi tilbakekobling av dreiemoment (engelsk: force feedback, egentlig torque feedback) slik at sjåføren får et grensesnitt kjenner bevegelse i rattet og får tilbakemelding basert på hva som skjer i simulatoren. Det er et eksempel på menneske–maskin-interaksjon i kjøretøysimulatorer, simracing og racerspill, og et eksempel på haptisk teknologi.
Direktedrevne ratt skiller seg fra simulatorratt med giring via tannhjul eller beltedrift ved at de ofte er sterkere (har mer dreiemoment) og bedre kan gjengi detaljer fra simulatoren. Oppbygningen består vanligvis av en 3-fase børsteløse servomotorer (på dyrere modeller), noen ganger hybride steg/servomotor, eller eventuelt en stegmotor (på svært rimelige modeller). Direktedrevne simulatorratt ble introdusert til forbrukermarkedet i storskala i 2013 som et mer avansert alternativ til girede simulatorratt.
Historie Før 1980-årene var ikke servomotorer kraftige nok (hadde ikke nok dreiemoment) for å kunne brukes direkte, og det ble derfor brukt reduksjonsgir eller drivreimer for å utnytte motorens kraft. Det var ikke gjennomførbart å lage kraftigere motorer på denne tiden på grunn av at de høye prisene på de sjeldne jordmaterialene som trengtes for å bygge dem. Dette problemet ble løst i 1980-årene med utviklingen av rimelige høyeffektmagneter.
Direktedrevne mekanismer for bruk i industriroboter ble gjort mulig i 1980-årene med bruk av magneter av sjeldne jordarter. Blant disse er neodymmagneter de mest brukte i dag.
I 2013 lanserte det britiske selskapet Leo Bodnar Electronics et direktedrevet simulatorratt som sitt første bredt kommersielt tilgjengelige produkt etter å ha solgt til raserlag og profesjonelle aktører siden 2008.Leo Bodnar SimSteering2 Read-View at mockracer.com, December 19, 2015
I 2015 lanserte det amerikanske selskapet SimXperience rattmodellen AccuForce V1. Samme år ble det første gjør-det-selv-rattet basert på åpen maskinvare lansert gjennom Open Sim Wheel (OSW)-prosjektet.
I 2015 fant en avhandling som sammenlignet kraft-tilbakekoblede girdrevne og direktedrevne ratt at direktedrevne ratt var å foretrekke for høy naturtrohet og nøyaktig gjengivelse av hard flerlegeme-sanntidsimulering i frekvensområdet 0-30 Hz.Pastorino, R., Desloovere, M., Vanneste, F., Degezelle, P., Desmet, W., & Optidrive, N. V. (2015) Development, implementation and validation of a hard real-time multibody simulation for high-fidelity steering wheel force feedback , in Proceedings of the ECCOMAS Thematic Conference on Multibody Dynamics, Barcelona, Spain (Vol. 10).
Simucube var en av produsentene som tidligere leverte Open Sim Wheel-sett, og er et merkenavn som eies av den finske produsenten Granite Devices, som også leverer elektronikk for styring av servomotorer og stegmotorer, både for simracing og industrielt bruk. Granite Devices startet som et hobbyprosjekt av finnen Kontkanen Tero da han bygde en CNC-fres, og innså at det fantes mange vekselstrøms servomotorer av høy kvalitet på markedet, men at styringselektronikk for slike motorer enten var dyrt eller vanskelig å få tak i. Han undersøkte virkemåte til AC-servoer, og fant ut at det var mulig å lage en brukbar styringselektronikk ved hjelp av en håndfull nymotens elektroniske komponenter og noen sanntidsalgoritmer. Utviklingen av en styringsenhet tok deretter rundt et år. Elektronikken er basert på et IONI hovedkort og STM32F4, og en proprietær firmware kalt MMos. En åpen kildekode-versjon av denne programvaren er planlagt for utgivelse, men har ennå ikke blitt utgitt per 2022.
Ytelsesparametre Tekniske utfordringer og indikatorer for kvalitet og ytelse med tanke på direktedrevne ratt (og simulatorratt forøvrig) inkluderer:
Detaljer og nøyaktighet på moment-tilbakekoblingen Jevn ("glatt") dreiemomentoverføring Nesten null dødgang Oppløsning på rotasjonsenkoder Klipping, en form for forvrengning som begrenser et signal når det overskrider en viss terskel Dynamisk område, forholdet mellom de største og minste verdiene som en et signal kan anta Moment-rippel (momentpulsering), en periodisk økning eller reduksjon i utgående dreiemoment når motorakselen roterer PolfølsomhetBarnaby, G., & Roudaut, A. (2019) Mantis: A scalable, lightweight and accessible architecture to build multiform force feedback systems, in Proceedings of the 32nd Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (pp. 937-948). (polrykking), dreiemoment på grunn av samspillet mellom de permanentmagnetene på rotoren og statorspaltene til en permanentmagnetmaskin Drivere og digital signalbehandling med styringselektronikkExpectations vs. Reality – How To Build A Direct Drive Racing Wheel?, Alberto from boxthislap.org, July 24, 2021 Signalfiltrering Backdrive-friksjonGonzalo Bodnar V2 impressions, at boxthislap.org, October 20, 2016 Liten massetreghet Demping Rask respons Presis posisjonering Elektromagnetisk interferens,Jimmy Broadbent Is A Direct Drive Wheel Worth The Money?, Aug 1, 2018 og skjerming av dette Latens, tidsforsinkelsen til systemet
Oppbygning Motorer
OSW-byggesett samt ratt fra produsenter som Leo Bodnar, Sim-pli.city og VRS systems har vært baserte på industrielle servomotorer, og da typisk motorer fra MiGE, Lenze eller Kollmorgen. Spesialbygde motorer har blitt brukt av produsenter som Simxperiences, AccuForce, Frex, Simucube (som opprinnelig brukte en MiGE-motor), Fanatec og Simagic. Motorene som brukes har stort sett vært enten høylvalitets 3-fase vekselstrøms børsteløse servomotorerOpenSimwheel Premium AKM52 at reimer-motorsports.com, archived on 16.12.2015 eller rimelige hybride steg-/servomotorer.
Styringselektronikk I tillegg til selve motoren utgjør styringselektronikken en viktig del av den direktedrevne enheten, og består gjerne av en rotasjonsenkoder (posisjonssensoren), et kontrollerkort (som oversetter kraft-tilbakekoblingssignalene fra spillet til et dreiemoment i rattet), og et motordriverkort (servodrivere) som styrer motorens posisjon, hastighet og dreiemoment.How to build a Direct Drive steering wheel - OSW Simucube, by MODIFY UP, Sep 20, 2020 Eksempler på noen vanlig enkodere er Biss-C og SinCos, mens et eksempel på kontrollerkort er Simucube board, og eksempler på motordriverkort er IONI og Argon.
Pulser per omdreining sier noe om oppløsningen til motoren (ppr, pulses per revolution). Tellinger per omdreining (cpr, counts per revolution) kan ha en annen betydning, og det kan for eksempel være 4 tellinger per puls (1 ppr = 4 cpr).
Dreiemoment Dreiemomentet sier noe om hva «sterk» motoren er, og kan oppgis på to måter: Kontinuerlig dreiemoment/kraftmoment når rattet under den største belastningen hvor motoren kan utføre kontinuerlig arbeid. Steilemomentet som er dreiemomentet som får rattet til å stoppe slik at det ikke lenger klarer å bevege seg Sistnevnte gir alltid et høyere newtonmeter-tall, og er derfor det tallet som kommuniseres mest av produsentene mot forbrukere, men er egentlig en mindre nyttig spesifikasjon siden rattet da i teorien ikke utfører noe arbeid idet det har stoppet. Man må derfor være bevisst på hvilken type dreiemoment som er oppgitt. Imidlertid er det ofte tett sammenheng mellom det kontinuerlig dreiemomentet og steilemoment.
Til sammenligning opplever man vanligvis 7-10 Nm i en gatebil, og på ratt med svært høyt dreiemomentet (f.eks. 20 Nm) kan det derfor være hensiktsmessig å justere momentet ned i programvaren. Imidlertid vil de sterkere motorene ofte ha raskere stigehastighet (engelsk: slew rate, tiden en forsterker bruker på å respondere på et signal) hvilket gir bedre rattrespons og mer realisme.
Montering av ratt På ratt med boltsirkel er denne som regel 6×70 mm, men kan også komme i andre boltsirkler. Noen ratt er festet til basen via hurtigkobling, og disse kommer i mange varianter: Proprietære hurtigkoblinger (f.eks. Fanatec QR1, HRS Xero-Play eller Simucube SQR med kileformet svalehale), eller standardiserte hurtigkoblinger som D1 spec (brukt av mange produsenter, deriblant SimXperience, Simagic, Moza, IMMSource). D1 spec-koblinger er bygd etter samme mønster som NRG-hurtigkoblingen godkjent for bruk i ekte reserbiler i henhold til SFI Spec 42.1 En annen vanlig hurtigkobling på ettermarkedet er Q1R-typen (ikke til å forveksle med Fanatec sin QR1). Noen hurtigkoblinger har integrerte kontakter for overføring av strøm og data, men disse virker som regel ikke på tvers av produsenter. Andre kan ha trådløs overføring via Bluetooth. Dersom man bruker ratt og base fra forskjellige produsenter må man som regel koble rattet til via en egen USB, for eksempel USB-C, Micro, Mini eller Type B.
Montering av basefeste Frontmontering kan være hensiktsmessig på baser med høyt dreiemoment for å gi kortest mulig vektstang slik at basens innfesting bøyer seg minst mulig ved tunge rattutslag. På industrielle motorer følger denne monteringen ofte standardiserte mål med en boltsirkel på 4×130 mm diameter (tilsvarer omtrent et kvadrat på cirka 91.9 mm × 91.9 mm), ofte refert kalt 92 mm x 92 mm kvadrat, sammen med M8 skruer.
Det finnes også en lang rekke andre proprietære mønster for å montere av basen til rammen. Noen av disse har istedet innfesting på sidene eller under motoren. For eksempel med T-spor (for M6- eller M8-skruer) hvor avstand mellom sporene fra senter til senter kan variere mellom produsenter (for eksempel 80 mm, 70 mm og 40 mm).
Liste over direktedrevne rattbaser Listen under er sortert kronologisk:
ModellIntrodusertBoltsirkel til rattHurtig-kobling til rattBasefeste, frontBasefeste, annetSteile-momentMaksimalt kontinuerlig dreiemomentOppløsningMotorAnnetLeoBodnar Sim Steering2013SimSteering Wheel by Leo Bodnar – Released , at virtualr.net, June 5, 20136×70 mm Medfølger ikke 4×140 mm boltsirkel (M8) (□ 99 mm × 99 mm) Nei16 NmSim Steering FFB System Version 2, review by SimRacingGarage, Feb 13, 20168 Nm40k cpr / 10k ppr EJ enkoderLeo Bodnar SimSteering review video by Sim Racing Garage, at bsimracing.com, 25/03/2014Kollmorgen AKM52G-ANCNEJ00 børsteløs 3-fase AC-servomotor,Leo Bodnar SimSteering Review Part 1 (at 1min 30s), review by SimRacingGarage, Mar 24, 2014 børsteløs servomotor, aksling ⌀ 24.2 mm.3000 r/minLeoBodnar Sim Steering 2 (standard 52-utgave)2015SS2 reviews, by Gonzalo at boxthislap.org, January 23, 20166×70 mm Medfølger ikke 4×140 mm boltsirkel (M8) (□ 99 mm × 99 mm) Nei16 NmJack MacKenzie Buying Guide: 7 of The Best Direct Drive Wheels in 2021, at coachdaveacademy.com, 20218 Nm16.7M cpr C resolver ("SFD, Smart Feedback Device")Kollmorgen AKM52G-ANCNC-00 børsteløs 3-fase AC-servomotor,Sim Racing Wheel Buyers’ Guide 2018 at simracingpaddock.com, March 14, 2018 aksling ⌀ 24.2 mm.3000 r/min, 5600 r/min,AKM2G Servo Motor - Specifications, accessed Sept. 3rd, 2021 rotortreghet 4.58 kg-cm2LeoBodnar Sim Steering 2 (53-utgave)20156×70 mm Medfølger ikke 4×140 mm boltsirkel (M8) (□ 99 × 99 mm) Nei20.5 NmSimSteering V2 Force Feedback System (53) Kit, ay ricmotech.commangler data16.7M cpr C resolver ("SFD, Smart Feedback Device")Kollmorgen AKM53G, børsteløs 3-fase AC-servomotor, aksling ⌀ 24.2 mm.5100 r/min, rotortreghet 6.64 kg-cm2OSW DIY-byggesett, Lenze20156×70 mmQ1R (tilvalg)4×130 mm boltsirkel (M8)