Direktedrevet simulatorratt

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 beltedrift), 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.

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.

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
 Polfølsomhet (polrykking), dreiemoment på grunn av samspillet mellom de permanentmagnetene på rotoren og statorspaltene til en permanentmagnetmaskin
 Drivere og digital signalbehandling med styringselektronikk
 Signalfiltrering
 Backdrive-friksjon
 Liten massetreghet
 Demping
 Rask respons
 Presis posisjonering
 Elektromagnetisk interferens, 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 servomotorer 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. 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:

Forklaring:

Se også 
 Servostyring
 Drive-by-wire

Referanser 

Spillkontrollere