Потенциометр для руля: Делаем руль и педали к компьютеру

Факторы, влияющие на ресурс игровых рулей / Хабр

Во всех тестах игровых рулей, каких в сети сотни, тщательно обходят вопрос ресурса игровых рулей и педалей. Казалось бы — покупателю стоит рассказать как долго проработает его покупка, каков ресурс устройства. Но нет, нигде вы такой информации не найдете.

В этой статье я хочу прояснить, какие конструктивные элементы рулей и педалей влияют на срок эксплуатации игровых рулей и педалей.

Во второй части мы рассмотрим с точки зрения ресурса игровой руль Gametrix Viper.

Главный тезис, из которого я исходил при написании этой статьи формулируется так: «Покупатель игрового устройства хочет, чтобы оно служило ему как можно дольше». Если вы согласны со мной, приглашаю оценить этот материал. Если же вы из тех, кто готов менять девайсы раз в месяц — эта статья не для вас.

Для начала давайте определимся, какие элементы конструкции игровых рулей и педалей подвержены наибольшему износу? Чем определяется ресурс?

Основные части, которые подвергаются износу в игровых рулях:

• Датчики угла поворота
• Шестерни редуктора
• Оси вращения

Попробуем оценить, что влияет на ресурс каждого из перечисленных элементов.

ДАТЧИКИ
Тут глубокоуважаемый Boomburum прояснил сущность надежности датчиков рулей одной емкой фразой: «все, что трется, рано или поздно выйдет из строя» .

Если мы измеряем угол отклонения руля или педалей при помощи ПОТЕНЦИОМЕТРА, устройства, построенного на ТРЕНИИ (картинка ниже беззастенчиво стянута у Boomburum-а), то можно с математической точностью предсказать, сколько проработает тот или иной руль или педали

Каждый потенциометр имеет четко обозначенный производителем ресурс. Обычно используются потенциометры с ресурсом от 500 тысяч до миллиона циклов.

Например:
www.ctscorp.com/components/Datasheets/295.pdf
www.ctscorp.com/components/Datasheets/251.pdf

Помня, что игрок в среднем совершает одно движение рулем в секунду, мы получаем срок жизни датчика в руле — 1 000 000 / 60 = 16 666 минут / 60 = 277 часов

Т.е. ресурс руля с таким потенциометром составит 277 часов. Играя по часу в день, гонщик выбросит этот руль через 277 дней, т. е. через 9 месяцев.

Однако (опять же благодаря Boomburum-у) мы знаем, что потенциометр — не единственный способ измерить угол отклонения руля или педалей. Существуют также бесконтактные датчики — оптический энкодер и магнитный резистор.

Ресурс таких датчиков мы можем определить как бесконечный, т.к. в них нет разрушаемых элементов.

ШЕСТЕРНИ РЕДУКТОРА

Очень часто ось вращения руля связывают с датчиком не напрямую, а через шестеренчатый редуктор.

У рулей на потенциометрах это связано с тем, что угол, на который физически можно повернуть вал потенциометра обычно меньше, чем угол вращения баранки. К примеру, вот этот потенциометр имеет максимальный угол вращения 212 градусов. А баранка руля обычно поворачивается на 250-300 градусов. Производитель решает вопрос просто — связывает ось вращения руля с осью потенциометра через простейший редуктор:

Редуктор руля на потенциометре

У рулей на оптических энкодерах применение редуктора обусловлено тем, что минимальный угол, на который можно повернуть баранку, связан с шириной прорези:

Таким образом, чтобы поворот рулевого колеса отслеживался с точностью 1 градус, нужен диск, на котором сделано 135 прорезей. Тогда чередование 135 прорезей и 135 шторок дадут 270 дискретных значений. Очевидно, что:

• точность в 1 градус это слишком мало
• диск на 135 прорезей будет слишком большим и займет слишком много места в корпусе

Однако, если мы ставим диск не напрямую на ось руля, а соединяем их через редуктор, то можно поставить маленький диск с небольшим количеством прорезей и получить на нем много бОльшую точность. К примеру, если передаточное число =10, а размер диска таков, что при смещении баранки на 1 градус перед светодиодом пройдет 5 прорезей и 5 шторок, то мы получаем точность измерения в 0,1 градуса — вполне достаточно для комфортной игры.

Диск оптического энкодера Logitech MOMO

Вторая причина применения редукторов в игровых рулях — это реализация системы обратной связи Force Feedback. Система активной обратной связи управляет движениями баранки в соответствии с происходящим в игре, повышая интерактивность. Она реализована при помощи электрического двигателя, который связан с осью рулевого колеса при помощи редуктора.

Система FFB имеет 2 основные задачи — возвращать рулевое колесо в центр и реализовывать силовую реакцию на события в игре. Во время игры пользователь держится за баранку (все в курсе?), а система FFB сопротивляется усилиям, которые прилагает игрок к рулевому колесу. И эти усилия бывают весьма велики. Все нагрузки ложатся на шестерни редуктора, а т.к. шестерни сделаны из пластика, их ресурс определяется его качеством.

Как пример не лучшего решения конструкции редуктора можно привести руль для приставки XBOX 360 Microsoft Wireless Racing Wheel. Цитирую человека, который постоянно использует эти рули на выставках для демонстрации игр: «Заметил, что из них перед смертью начинает сыпаться белый порошок. Мы чтобы продлить срок их службы, начали на выставках отключать Force Feedback». Типичная картина разрушения шестерен редуктора (на фото редуктор нового руля)

Какую ошибку допустили разработчики этого редуктора? Средняя шестерня редуктора в 2 раза уже ведущей и ведомой шестерни. Естественно, что ее зубья не выдерживают нагрузок, которые спокойно переносят две другие шестерни.

UPD Товарищ ZUZ ниже дал весьма грамотный комментарий по этому вопросу:
1) на промежуточном колесе и нагрузки-то будут в разы меньше, чем на «большом», а точнее в K=m_колеса1/N_колеса2 (количество зубъев в большом и среднем колесах соответственно)

2) колесо на двигателе сделано больше чем примыкающее промежуточное, потому что оно подвержено износу сильнее (больше оборотов) и делается из более износостойкого материала и износу соответственно из ни двоих подвергается большее по диаметру, и по этому оно уже, чтобы не нем не появилось «канавки» шириной в неизнашиваемое колесо широной

Однако, надо отметить, что разрушение редуктора — довольно редкое явление. Скажем, в приведенном выше примере редуктор разрушался из-за того, что руль эксплуатировался в очень жестком выставочном режиме, для чего он изначально не предназначен. Поэтому когда мы говорим о ресурсе редуктора, мы имеем ввиду время, через которое люфты на рулевом колесе, связанные с износом шестерен и осей, на которых они вращаются, станут неприемлемыми для нормальной игры. Следствием появления люфтов является возникновение мертвых зон, которые ухудшают точность управления.

ОСИ ВРАЩЕНИЯ

В игровых рулях много деталей, поворачивающихся вокруг оси. Вращается рулевое колесо, вращаются педали, вращаются шестерни редуктора. Человечество давно придумало способ увеличения ресурса осей вращающихся деталей, применяя подшипники. В условиях эксплуатации игровых рулей применение подшипников делает ресурс осей практически вечным. Однако на рынке есть всего 2 модели, где оси рулевого колеса и шестерен редуктора установлены на подшипники — это Logitech G25 и G27. Все остальные используют т.н. «подшипники скольжения» разного уровня качества сопряжения деталей. Обычно применяется пара «стальная ось/пластиковая деталь» или «пластиковая ось/пластиковая деталь» или и то и другое вместе.

Вот пример редуктора дерьмового бюджетного руля с FFB:

Центральный пластиковый шток вращается в пластиковой детали, шестерни — на стальных осях. Это типичный пример «как делать не надо». Многоступенчатость редуктора в данном случае приводит к появлению люфтов уже и в новом изделии, а в процессе эксплуатации люфт будет быстро увеличиваться, т.к. люфт каждой из осей будет «суммироваться» в редукторе.

При оценке ресурса осей вращения мы также говорим не о разрушении, а о времени, через которое люфты станут неприемлемыми для нормальной игры.

В приведенном примере люфты становятся неприемлемыми быстро — в конструкции слишком много мест, где возникают и увеличиваются люфты.

Мы рассмотрели основные факторы, определяющие ресурс игрового руля. В следующей статье мы рассмотрим руль Gametrix Viper с точки зрения его надежности по этим 3-м пунктам.

PS

Мы разрабатываем видеоролик, в котором постараемся показать внутреннее устройство игровых рулей и педалей.

Ниже фрагменты из этого ролика.
Потенциометр, его устройство и ресурс 47 мб:

Причины появления мертвых зон, люфты редуктора (в эпизоде допущено несколько серьезных ошибок, в частности, не правильно подвязаны графики работы педалей, прошу учесть, что это далеко не окончательная версия) 50 мб:

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗДЕЛИЯ 8К14 (8К14-1) (ОП/8К14).

Глава VI. Рулевой агрегат

6. Рулевой агрегат

Рулевой агрегат изделия является элементом системы управления, преобразующим электрические командные сигналы в соответствующее движение рулей.

Рулевой агрегат состоит из четырех рулевых машин, четырех потенциометров, четырех графитированных рулей, связанных с рулевыми машинами системой тяг и рычагов.

Рулевая машина

Рулевая машина является силовым исполнительным элементом автомата стабилизации изделия и предназначена для поворота рулей в соответствии с поступающим на нее командным током. Принципиальная схема рулевой машины приведена на рис. 6.12.

Шестеренчатый насос, состоящий из ведущей шестерни 6 и двух ведомых шестерен 5, приводится в действие электродвигателем постоянного тока. Насос забирает масло из масляной ванны и нагнетает его по двум каналам в две полости рабочего цилиндра 4. В обоих каналах гидравлической системы имеются перепускные отверстия П, через которые масло может поступать обратно в ванну.

Проходные сечения этих отверстий изменяются поршнями золотникового механизма 1, шарнирно прикрепленными к качалке 2, которая в свою очередь жестко закреплена на валике поляризованного реле 3.

При подаче напряжения питания на электродвигатель и реле 3 рулевой машины и при отсутствии командного тока валик реле остается неподвижным, а золотниковые поршни одинаково перекрывают перепускные отверстия П. При этом в обеих полостях цилиндра создается ровное так называемое начальное давление. Рабочий поршень неподвижен.

При подаче на реле командного тока валик реле поворачивается, перемещая качалки с поршнями золотникового механизма. При этом перепускные отверстия перекрываются неодинаково, соответственно изменяется и расход масла через эти отверстия. Давление в одном из каналов нагнетания возрастает, а в другом падает. Когда в рабочем цилиндре создается перепад давления, необходимый для преодоления внешнего момента на выходном валу рулевой машины, поршень начинает движение. Поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразуется во вращательное движение выходного вала рулевой машины.

Для исключения возможности повышения давления в каналах свыше допустимого на каждом канале имеется предохранительный клапан 8.

Потенциометр

Потенциометр (рис. 6.14) преобразует угол поворота руля в электрический сигнал в виде линейно изменяющегося напряжения.

Потенциометр состоит из корпуса 1, подвижной системы с контактами 2 и соединительной муфтой 3 и кабелей 16. В корпусе потенциометра неподвижно закреплены три сопротивления 17. Два сопротивления электрически связаны с системой управления изделия и предназначены для снятия сигнала обратной связи. Третье сопротивление связано с системой телеметрического контроля. Сопротивления имеют обмотку из палладиево-серебряной проволоки. Витки обмотки располагаются равномерно по всей поверхности каркаса сопротивлений, что обеспечивает прямолинейность характеристики потенциометра.

С помощью штифтов 5 соединительной муфты потенциометр соединяется с валом руля.

При повороте подвижной системы потенциометра скользящие контакты 14 перемещаются по зачищенным поверхностям обмоток сопротивлений, благодаря чему изменяется напряжение между скользящими контактами и выводами соответствующих им обмоток сопротивлений. В том случае, когда подвижная система принимает крайнее левое или крайнее правое положение, у потенциометра замыкается левый или правый концевой контакт 15.

Графитированный руль

Графитированный руль (рис. 6.13) состоит из графитированного тела руля 24, графитированной защиты 27 и арматуры: планки 25, фиксатора 11 и крепежных деталей.

Тело руля 24 своим основанием входит в паз защиты 27 и крепится в ней четырьмя болтами 12. Болты заворачиваются моментным ключом с моментом 1,2 кгс м.

Защита служит для предохранения вала, подшипников и арматуры руля от теплового воздействия газового потока двигателя, особенно при больших углах поворота руля.

Планка 25 своим пазом надевается на защиту 27 и крепится к ней с помощью планок 23. Между планкой 25 и защитой 27 проложена асбестовая прокладка толщиной 1 мм.

Три кольцевых выступа на руле, получаемые при окончательной обработке собранного руля, и кольцевые впадины лабиринта 28 гасят большую часть кинематической энергии газов, устремляющихся в зазор между рулем и соплом двигателя.

В процессе работы руля от воздействия газового потока рабочая часть руля размывается, в особенности его передняя кромка, в результате чего руль меняет первоначальную форму и рабочую площадь. Для сохранения величины градиента шарнирного момента на валу рабочей части руля придана клиновидная форма. Сечения рабочей части руля по направлению потока представляют собой сверхзвуковые профили.

Далее…

Создание гоночного игрового руля

Привет, друг. Вы когда-нибудь хотели, чтобы вы могли водить машины так, как мы это делаем в реальном мире? Здесь я дам вам краткое руководство по сборке руля, у которого есть не только рулевой тормоз и педаль газа, но и сцепление, и, да, коробка передач. Это не будет стоить вам больше 10 долларов, если у вас есть самые необходимые инструменты, такие как пила, отвертка и тому подобное.

Это не только чертовски дешево, но и очень похоже на тот же игровой / гоночный руль, который вы покупаете за 100+ долларов. Единственное существенное отличие состоит в том, что наш игровой/гоночный руль не имеет механизма обратной связи по усилию. В этом нет ничего страшного, если вы не очень серьезный геймер и у вас достаточно денег, чтобы потратить их на Logitech G25 или что-то подобное. Вот основные моменты и функции, которые будет иметь игровой / гоночный руль, который вы создадите.

? Рулевое колесо с двумя полными оборотами (720 градусов) в обоих направлениях, как в реальном автомобиле

? Отдельные педали газа, тормоза и сцепления

? Коробка передач с последовательным переключением

Изготовление руля:

Возьмите пластиковую/ПВХ трубу диаметром 2 см (примерно) и длиной 80 см (примерно). Зажгите свечу и нагрейте трубу от одного конца до другого. При нагреве слегка согните трубку пошагово, чтобы при нагреве и изгибе по всей длине она приняла форму игрового/гоночного руля с открытыми концами. Теперь нагрейте один из открытых концов трубы и надавите на другой конец так, чтобы концы перекрылись, и труба сомкнулась в колесо. Дать остыть. Теперь промойте трубу и высушите полотенцем. Нанесите суперклей на соединенные концы, чтобы усилить соединение.

Возьмите кусок фанеры длиной 20 см и шириной 5 см и поместите его в центр колеса. Используйте M-seal или любой аналогичный клей для формирования твердой массы (используемый в сантехнике), чтобы прикрепить фанеру к концам игрового/гоночного руля.

Сборка рулевой базы:

Теперь, когда игровой/гоночный руль готов, давайте построим рулевую базу. Возьмите картонную коробку размером примерно 30 см х 20 см. Убедитесь, что коробка достаточно прочная. Теперь возьмите две металлические трубы (желательно алюминиевые). Большая труба должна иметь диаметр около 3 см, а меньшая – 1 см. Большая металлическая труба должна иметь длину не менее 20 см, а меньшая труба должна иметь длину не менее 30 см.

Проделайте отверстие в центре коробки и проденьте через него большую трубу так, чтобы только 1/3 часть осталась снаружи. Поместите трубу с небольшим наклоном вверх. Прикрепите трубу к коробке с помощью твердого клея (Mseal). Когда клей застынет, вы можете пропустить меньшую металлическую трубу через большую, прикрепленную к коробке. Прикрепите меньшие трубы внешним концом к фанерной основе колеса. Теперь вы должны иметь возможность свободно вращать колесо на его основании. Если вращение не плавное, вы можете нанести больше клея и подпилить его возле точек контакта, где большая труба встречается с меньшей.

Сборка рулевого колеса. Внутренняя сборка:

Для сборки внутреннего узла рулевого колеса нам понадобится еще несколько компонентов. Нам понадобится потенциометр на 10К и пара зубчатых колес. 10K POT можно приобрести в любом магазине электронных запчастей. Зубчатые колеса можно купить или получить из старых игрушек. Зубчатые колеса должны быть такими, чтобы одно было больше другого как минимум в четыре раза, но при этом их зубья должны хорошо сцепляться.

Большая металлическая труба проходит примерно до половины ящиков внутри. Вырежьте куски фанеры и прикрепите их к коробке с помощью клея, чтобы очень прочно удерживать металлическую трубу. Фанера должна быть расширена до другого конца, чтобы поддерживать потенциометр. Меньшее зубчатое колесо должно быть установлено на конце маленькой металлической трубы (проходящей через большую металлическую трубу). Тонкий, но прочный металлический стержень можно нагреть и проткнуть на другом конце зубчатого колеса, чтобы он действовал как стержень. Этот шарнирный стержень должен проходить через другую сторону коробки. Потенциометр необходимо закрепить на фанере с помощью металлических скоб. Большая шестерня должна быть приклеена к рукоятке потенциометра.

Припаяйте пару проводов к клеммам POT (центральная клемма и любая другая). Как только меньшая шестерня зафиксирована, мы можем выровнять большую, чтобы зубья сцепились правильно. Сначала поверните большую шестерню в обоих направлениях и найдите примерное центральное положение потенциометра. Держите потенциометр в этом положении. Теперь отрегулируйте куски фанеры, используемые в качестве опоры, так, чтобы зубья обоих зубчатых колес были выровнены для правильного соединения. Они должны быть тесно связаны. Использование губок под базовой фанерной опорой может обеспечить достаточное сцепление между зубьями.

Чтобы придать рулевому механизму силу пружины, удерживающую его по центру, прикрепите пару резиновых лент к стержню, выступающему с другой стороны картонной коробки.

Сборка педалей:

Все три педали игрового/гоночного руля идентичны. Для изготовления основания педалей потребуется кусок фанеры размером 50 см х 30 см. Для изготовления педалей потребуются три куска фанеры размером 10 x 10 см. Также необходимы три потенциометра 10K, маленькие петли и три тонких прямоугольных деревянных бруска длиной 10 см.

Прикрепите педали с помощью шарнира к основанию из фанеры. Прикрепите один потенциометр к шарниру трех педалей, чтобы при вращении шарнира вращался и потенциометр. Прикрепите резиновый шарик под педалью, чтобы он давал пружинящее действие. Припаяйте провода к потенциометру.

Сборка коробки передач игрового/гоночного руля:

Для сборки коробки передач вам понадобится достаточно большая и устойчивая картонная коробка. (Купите фанерный ящик, если можете себе это позволить). Убедитесь, что коробка имеет достаточную высоту, чтобы ручка переключения передач находилась в удобном положении, когда вы начинаете гонку. Также возьмите рукоятку (старую рукоятку джойстика), которая будет служить ручкой переключения передач. Вам нужно сделать небольшую прямоугольную прорезь в картонной коробке, чтобы металлическая палочка шестеренки могла скользить в ней вверх и вниз. Прикрепите две металлические пластины к верхнему и нижнему концам прорези, чтобы когда металлический стержень шестеренки касался ее при переключении вверх или вниз, они действовали как переключатели.

Используйте тонкую металлическую трубку в качестве рычага переключения передач игрового/гоночного руля и прикрепите к ней ручку переключения передач. Предусмотрите отверстие в коробке передач для ввода проводов, если на рукоятке джойстика есть кнопки.

Обеспечьте достаточную поддержку вала шестерни внизу и установите резиновые ленты или пружинные механизмы, чтобы удерживать его по центру.

Соединение рулевого колеса:

Рулевое колесо, которое мы создаем, представляет собой джойстик и, следовательно, подключается к игровому порту вашего компьютера. Игровой порт имеет 15-контактный разъем D и расположен на задней панели вашей системы (в основном рядом с аудиоразъемами). Схему выводов игрового порта вы можете найти на моих сайтах с подробным пошаговым руководством по сборке колеса. (Адрес моего сайта вы можете увидеть в разделе литературы или в информации об авторах)

Вам нужно купить штекерный разъем игрового порта (штекер DB15), чтобы подключить его к гнездовому разъему на задней панели вашего процессора. Интерфейс джойстика (игрового порта) очень прост в реализации и содержит несколько переключателей и осей. Все, что вам нужно сделать, это подключить потенциометры к осям X1, Y1, X2, Y2 и переключатели к S1, S2, S3 и S4. См. таблицу, приведенную слева. Изменения в потенциометрах, когда вы поворачиваете руль или нажимаете педаль газа, будут измеряться игровым портом и могут использоваться для управления вашей игрой. Вы можете назначить оси игрового/гоночного руля и настроить их с помощью панели управления Windows.

Переключатели S1, S2, S3 и S4 можно использовать для подключения к переключателям повышения и понижения передачи, звукового сигнала и ручного тормоза соответственно. Когда вы перемещаете вал шестерни вверх, металл соприкасается, и переключатель замыкается. Аналогично и с другими переключателями. +5 — это не что иное, как 5 В постоянного тока, который доступен из игрового порта, а G означает землю.

Настройка руля:

Первым шагом является сборка трех частей игрового/гоночного руля вместе. Установите блок управления на стол вашего ПК. Держите педаль на полу, а коробку передач сбоку. Соедините блоки с коробкой передач с помощью разъемов (разъем Relim и т.п.). Подключите 15-жильный кабель с прикрепленным штекером DB15 к игровому порту на задней панели компьютера. После того, как положение установлено правильно, мы можем приступить к настройке рулевого колеса в Windows.

Откройте панель управления в Windows и откройте игровые контроллеры. Это вызывает диалоговое окно Game Controllers. Обратите внимание, что упомянутые шаги различаются в разных версиях Windows. Поэтому иллюстративные схемы не приводятся.

В диалоговом окне «Игровые контроллеры» нажмите «Добавить». Откроется диалоговое окно «Добавить игровой контроллер». Нажмите «Пользовательский». В появившемся диалоговом окне выберите Контроллер гоночного автомобиля. Выберите Оси как 4 и Кнопки как 4. Введите имя по вашему выбору в поле Имя контроллера и нажмите OK. Теперь новый контроллер должен отображаться в предыдущем диалоговом окне. Выбрав новый контроллер, нажмите OK.

Если устройство работает нормально, в диалоговом окне игрового контроллера рядом с именем контроллера будет отображаться OK. Если что-то пошло не так, для устройства будет отображаться статус «Не подключено». Если это так, прочитайте раздел в желтом поле ниже. Если игровой / гоночный руль работает хорошо, нажмите кнопку «Свойства» с выбранным устройством. Это вызовет диалоговые окна Тестирование и калибровка. Если колесо находится не по центру в области проверки, перейдите к разделу «Калибровка» и следуйте инструкциям для завершения калибровки.

Примечание. Приведенное выше руководство представляет собой сжатую форму подробного пошагового руководства по «созданию игрового руля», опубликованного на моем веб-сайте (вы можете найти адрес сайта в разделе ссылок или разделе авторов) . Если вы находите приведенную выше информацию слишком краткой или неадекватной, пожалуйста, обратитесь к оригинальной статье, опубликованной на моем сайте. Также представлены фотографии колесного дома на каждом этапе строительства.

pcb — Замена потенциометра с игрового руля

спросил
7 лет, 11 месяцев назад

Изменено
7 лет, 11 месяцев назад

Просмотрено
3к раз

\$\начало группы\$

У меня есть колесо вибрационной обратной связи от Logitech, которое вращается на 270 градусов. Я рассматриваю возможность изменения его потенциометра, чтобы он мог больше вращаться (900 градусов или 1000 градусов может быть).

Какой потенциометр выбрать для этой задачи? Кроме его сопротивления в Омах, какие еще параметры я должен иметь в виду?

Спасибо

• плата
• потенциометр

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Достать многооборотные горшки достаточно просто, и они не так уж и дороги.