Un volante simulador de accionamiento directo (a veces abreviado como " DD ") es un volante simulador con un mecanismo de accionamiento directo entre la transmisión y la salida, es decir, sin engranajes (a diferencia de los volantes simuladores con engranajes de reducción a través de engranajes o correas [1] [2] [3] [4] ), y se utiliza de forma similar a otros volantes simuladores para proporcionar retroalimentación de par (a menudo llamada " retroalimentación de "fuerza ") de modo que el conductor, a través del movimiento en el volante, obtenga una interfaz para detectar lo que le está sucediendo al automóvil en el simulador. Es un ejemplo de interacción hombre-computadora en simuladores de conducción , simuladores de carreras y videojuegos de carreras , y es un ejemplo de tecnología háptica.
Los volantes de transmisión directa suelen diferenciarse de los volantes de carreras con engranajes o correas en que son más resistentes (tienen más par) y pueden reproducir con mayor precisión los detalles del simulador. Por lo general, se construyen utilizando un servomotor de CA sin escobillas trifásico (en los modelos más caros) o, a veces, un híbrido de servomotor paso a paso o solo un motor paso a paso [5] (en los modelos muy asequibles).
Los mecanismos de accionamiento directo para su uso en brazos industriales comenzaron a ser posibles en la década de 1980, con el uso de imanes de tierras raras , [3] de los cuales hoy en día los más utilizados son los imanes de neodimio . [6]
Antes de la década de 1980, los servomotores no eran lo suficientemente potentes (no tenían suficiente par ) para ser utilizados directamente, y por lo tanto se añadían engranajes reductores o correas mecánicas al motor para aprovechar y multiplicar su potencia. [3] Los motores de mayor potencia no eran factibles debido a los costosos materiales de tierras raras necesarios para construirlos. Este problema se superó en la década de 1980, con el desarrollo de imanes de alta potencia menos costosos. [3]
En 2013, los volantes de simulación con transmisión directa se introdujeron a gran escala en el mercado de consumo masivo como una alternativa más avanzada a los volantes accionados por engranajes y correas. El primer volante con transmisión directa ampliamente disponible comercialmente fue lanzado en 2013 por Leo Bodnar Electronics, con sede en el Reino Unido, después de haber estado vendiéndolo a equipos de carreras y centros profesionales desde 2008. [7] Le siguió en 2015 SimXperience AccuForce V1, con sede en EE. UU., y los primeros kits de hardware OpenSimwheel o "OSW" de código abierto para usuarios con buenos conocimientos técnicos.
En 2015, una comparación preliminar de ruedas con transmisión por engranajes y de tracción directa en el rango de frecuencia de 0 a 30 Hz, para un estudio sobre simulación multicuerpo en tiempo real y retroalimentación de fuerza del volante de alta fidelidad, concluyó que las ruedas de tracción directa son preferibles. [8]
Simucube fue uno de los fabricantes que anteriormente proporcionaba kits Open Sim Wheel, y es una marca propiedad del fabricante finlandés Granite Devices, que también suministra electrónica de control para servomotores y motores paso a paso, tanto para carreras de simulación como para uso industrial. Granite Devices comenzó como un proyecto de pasatiempo del finlandés Kontkanen Tero cuando estaba construyendo una fresadora CNC y se dio cuenta de que había muchos servomotores de corriente alterna de alta calidad en el mercado, pero que la electrónica de control para controlar dichos motores era cara o difícil de conseguir. Investigó el funcionamiento de los servos de CA y se dio cuenta de que era posible fabricar una electrónica de control utilizable con un puñado de los últimos componentes electrónicos y algunos algoritmos en tiempo real. El desarrollo del controlador tardó entonces alrededor de un año. La electrónica se basa en una placa base IONI y STM32F4, y un firmware propietario llamado MMos. Se ha planificado el lanzamiento de una versión de código abierto de este software, pero aún no se ha publicado a fecha de 2022. [9]
Los problemas, la calidad y los indicadores de rendimiento de los volantes de tracción directa, y de los volantes de simulación de carreras en general, incluyen el detalle y la fidelidad de la retroalimentación de fuerza, la transmisión suave del par , el juego casi nulo , la resolución del codificador rotatorio , el recorte , el rango dinámico , la ondulación del par , [2] el par de cogging , [10] los controladores y el procesamiento de señales digitales con electrónica de control, [2] [11] el filtrado de señales, [8] la fricción de la contratracción, [10] [12] la baja inercia, [12] la amortiguación , [12] la respuesta rápida, el posicionamiento preciso, la interferencia electromagnética , [13] y la latencia.
Los kits Leo Bodnar, OSW, Sim-pli.city y los sistemas VRS se basan en servomotores industriales (normalmente motores MiGE, Lenze o Kollmorgen), mientras que AccuForce, Frex, Simucube (que inicialmente utilizaba un motor MiGE), Fanatec y Simagic de SimXperience utilizan motores hechos a medida. Los tipos de motores utilizados varían entre servomotores sin escobillas trifásicos de alta gama [14] y servomotores híbridos de paso a paso de menor presupuesto [1] .
Además del motor, otras partes de una base de ruedas de transmisión directa completa incluyen un codificador rotatorio (el sensor de posición), una placa controladora (que traduce los datos FFB del juego en fuerzas del volante) y una placa controladora del motor ( servoaccionamiento ), que encaja en una ranura de la placa controladora, y que controla la posición, la velocidad y la salida de torque del motor. [15] Ejemplos de codificadores son los codificadores Biss-C y SinCos, un ejemplo de placa controladora es la placa Simucube, y algunos ejemplos de placas controladoras de motor son las IONI y Argon.
El par dice algo sobre cuán "potente" es el motor y se puede especificar de dos maneras:
Este último siempre da un número mayor en newton-metros y, por lo tanto, es el número que los fabricantes suelen comunicar con mayor frecuencia a los consumidores, pero en realidad es una especificación menos útil, ya que, en teoría, el volante no realiza ningún trabajo cuando se detiene la rotación. Por lo tanto, se debe tener en cuenta el tipo de especificación de par que se proporciona al comparar dos motores. La relación entre el par continuo y el par de calado puede variar entre motores y puede decir algo sobre las características del motor (capacidad de respuesta frente a fuerza). [ cita requerida ]
A modo de comparación, en un coche de calle se suele experimentar un par de entre 7 y 10 Nm, y en volantes con un par muy elevado (por ejemplo, 20 Nm) puede ser adecuado ajustar el par a la baja en el software. Sin embargo, los motores más potentes suelen tener una velocidad de respuesta más rápida (el tiempo que tarda un amplificador en responder a una señal), lo que proporciona una mejor respuesta de la dirección y más realismo.
Al igual que muchos coches de carreras del mundo real, los volantes de simulación de carreras suelen tener un diámetro de perno de 6×70 mm, lo que significa que el volante se monta en la base mediante 6 tornillos espaciados uniformemente a lo largo de un círculo de 70 mm en el volante. A veces se utilizan otros diámetros de perno.
Algunos volantes se fijan a la base mediante un mecanismo de liberación rápida, como se ve comúnmente en muchos coches de carreras del mundo real, y estos vienen en muchas variedades: mecanismos de liberación rápida patentados (por ejemplo, Fanatec QR1 o Simucube SQR, este último que tiene una cola de milano en forma de cuña), o mecanismos de liberación rápida estandarizados como la especificación D1 (utilizada por muchos fabricantes, incluidos SimXperience, Simagic, Moza, IMMSource). Los acopladores de especificación D1 están construidos según el mismo patrón que el acoplador rápido NRG aprobado para su uso en coches de carreras del mundo real según la especificación SFI 42.1. [16] Anteriormente, otro mecanismo de liberación rápida común en el mercado de accesorios ha sido el tipo Q1R (que no debe confundirse con el Fanatec QR 1). Algunos mecanismos de liberación rápida tienen pines de contacto integrados (a menudo patentados) para transferir energía y datos a los botones y pantallas del volante, pero estos generalmente no funcionan en todos los fabricantes. Otros, en cambio, utilizan la transmisión inalámbrica a través de Bluetooth y la transferencia de energía inductiva (magnética) a través del mecanismo de liberación rápida. Si se utiliza un volante y una base de dos fabricantes diferentes, normalmente es posible conectar la electrónica del volante a la base a través de un cable USB independiente, por ejemplo, conectando entre las interfaces USB-C , Micro, Mini o Tipo B en la base y el volante.
En las bases con un par elevado, el montaje más robusto se suele conseguir utilizando un soporte de brida frontal estándar de la industria , y esto suele ser lo preferido entre los corredores de simulación, ya que estos soportes de base suelen ser menos propensos a doblarse durante movimientos de dirección fuertes. Esto normalmente da como resultado una palanca más corta y, por tanto, un montaje más resistente debido a un menor par en la interfaz de montaje. Un estándar de facto de la industria entre los volantes de simulación, que de nuevo se deriva de un estándar de la industria mecánica ampliamente utilizado, es un soporte frontal con un círculo de pernos que mide 4 × 130 mm de diámetro y tornillos métricos M8, lo que significa que cuatro tornillos se colocan uniformemente a lo largo de un círculo que mide 130 mm de diámetro. Esto corresponde aproximadamente a un cuadrado de 91,9 mm × 91,9 mm, que a menudo se cita como un patrón cuadrado con lados de 92 mm de largo.
También hay otros patrones patentados para montar la base en una cabina o mesa de simulación de carreras. Algunos de ellos tienen montaje en los laterales o en la parte inferior de la base.
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