Pedaliera DIY sensori hall e cella di carico

[micma80]

Salve a tutti, come da titolo e consultando altri simdrivers sull'utilità di questo post, nel seguito vorrei illustrare il progetto di una pedaliera autocostruita con i seguenti scopi:

1. tre pedali, regolazione di posizione indipendente, gas e clutch con sensore hall, brake con cella di carico

2. scheda controllore autocostruita 12 bit ADC, pulsanti per button box e cambio

3. solidità, usabilità ed economicità (soprattutto!!!)

Detto ciò un piccolo anticipo ...

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Per motivi di tempo il post sarà scritto in più fasi, spero che questo non crei problemi.

 

Micma

Edited December 7, 2018 by micma80

[micma80]

Parte 1

Pedali e supporto sono realizzati in alluminio; viteria M6 ed M8, molle e tronchetti in ferro. Il tutto reperibile nei comuni "fai da te" o ferramenta ben fornite.

In totale ho speso per queste parti circa 15 euro, considerando qualcosa che avevo in garage (profilati alluminio per supporto).

Allego disegni cad di massima (le misure sono variate in corso d'opera, ma non di molto) del pedale tipo.

NB Non fare caso alla parte bassa del disegno, sono appunti per la costruzione delle molle, poi rifatte nella versione finale.

Pedale GAS

http:// NB non fare caso alla parte bassa del disegno, sono appunti non validi.

Pedale Brake

Il disegno in alto indica il pedale a riposo, la parte sotto il pedale a fondo corsa.

Micma

[micma80]

1.1 Il pedale gas ha una semplice escursione di circa 5 cm, contrastata da molle a carico leggero (filo 1mm, passo 5mm, diametro 12 mm, lunghezza 8 cm). Il segnale viene rilevato con un sensore hall Allegro A1302, fisso con magnete in rotazione tramite leveraggio agente su un perno - su cuscinetti - sul quale è fissato un piccolo magnete. La rotazione tra posizione a riposo e fondo corsa è di poco più di 90° (il sistema ADC è a 12 bit, su 4095 passi ne vengono utilizzati realmente circa 2000).

Pedale GAS

Particolari hall

1.2 Il pedale freno ha una escursione ridotta rispetto al pedale GAS, basata su due molle corte (3 cm) e dure (filo 2/diam.8).La corsa termina a tampone (su gomma per tubi da compressore) su una L incernierata e libera di ruotare. Questa trasferisce la forza ad una cella di carico ( a 4 fili, 40kg), libera da un lato e incastrata sull'altro (occhio al senso di misura). Il segnale è portato tramite 4 fili (Vcc+,GND, V0+, V0-) an un amplificatore strumentale INA122 che opera l'amplificazione differenziale del segnale in ingresso e lo trasduce tra 0 e 5V. il guadagno è regolabile (in funzione della forza che si vuole applicare alla cella) con un pot multigiro 10k.

Tarando con DWTweak2 ho ottenuto che il rumore rimanga sotto i 250 passi e l'escursione totale (tarata ora a circa 35 kg) è di circa 3500 passi (sistema a 12 bit). Nelle seguenti foto sono presenti delle molle esterne che sono state sostituite dalle interne.

Pedale brake

1.3 Il pedale frizione cerca di emulare, per costruzione, le diverse fasi di resistenza alla pressione, proprie di una frizione.

Il sistema è stato realizzato prendendo spunto da soluzioni commerciali "pro" reperibili sul web.

Funzionamento: la prima parte della corsa, circa 3 cm, è contrastata da molle carico leggero, una volta a fondo corsa interviene un cinematismo a rotazione - corsa circa 4 cm - con contrasto a molle medie.

Pedale frizione http://

NB le molle lunghe sono state sostituite con molle con filo 1,5 mm.

Parte segnale vedi 1.1. Il sensore hall (Allegro A1302) è installato sul perno di rotazione, tale da poter regolare l'escursione di segnale solo in prossimità del fondo corsa rotazione (simula lo stacco frizione), con circa 2000 passi (1000 sono più che sufficienti).

Hall - magnete frizione

 

Sono ben accetti commenti e consigli, per me il feeling di guida è superlativo ma non ho mai provato pedaliere "pro" (fin ora un G25 e la pedaliera di un Fanatec entrylevel). Prossimo post: elettronica.

piccolo video, prove in fase di montaggio ...

Micma

 

Edited January 2, 2019 by micma80
video add - foto add

[micma80]

Coming soon... Vibrazione pedali per bloccaggio e slittamento ruote + dashboard.

(Apps python e sketch arduino DIY, leggerissima in termini di consumo risorse PC. I dati sono estratti dalla shared memory di  AC, elaborati ed inviati ad arduino - display; sono visibili numero giri, marcia, cambiata ottimale up/down basata su curve coppia potenza /RPM,  bloccaggio/slittamento basata su informazioni fisiche alla ruota. I segnali "bloc" e "slip" vengono anche inviati a motorini a vibrazione - rumble - su pedale freno e pedale gas per la percezione tattile. Prossima implementazione ABS su freno).

Edited December 12, 2018 by micma80
//commento

[micma80]

Parte 2

2.0 Elettronica

Il sistema è costituito da una scheda controller USB 12 bit + ampli cella di carico (pic18F1458+INA122).

Il progetto originario e il firmware è stato preso da una creazione Willynovi "USB-Joystick with 5 Axis and 24 Buttons employing PIC18F2455" reperibile qui https://www.xtremeracers.info/forums/viewtopic.php?f=45&t=5696.

Ho apportato alcune modifiche, in particolare il sistema originario era a 10 bit e l'ho portato a 12 bit, oltre l'inserimento di un amplificatore strumentale per cella di carico INA122, di seguito qualche foto:

Per il mio progetto ho utilizzato gli assi X,Y,Ry oltre 6 pulsanti (2 per cambio sequenziale e 4 programmabili) su RC2.

Il mio progetto è nato diversi anni fa.

Oggi il tutto è fattibile più semplicemente utilizzando un Arduino Leonardo o Pro Micro (chip ATmega32u) che nativamente può essere visto da win come periferica HID. Qui un link fatto bene per programmare il tutto:

https://www.instructables.com/id/Create-a-Joystick-Using-the-Arduino-Joystick-Libra/

cercando sul web "game controller HID arduino" si trovano sketch già scritti per diverse applicazioni.

2.1 Dash e rumble

La pedaliera è integrata con un sistema che provvede a visualizzare su dash board alcune informazioni di gioco e comandare 2 motori a vibrazione (rumble), sul pedale gas e sul pedale freno. Ho utilizzato un arduino nano con display tm1638. A display vengono visualizzati i giri motore, la marcia e la segnalazione (led lampeggianti) di cambiata ottimale (up e down).

Ho scritto un app in python per assetto corsa; i dati vengono elaborati e inviati ad arduino per visualizzare e comandare i motori.

La cambiata ottimale è basata sulle curve di coppia e potenza disponibili per ogni vettura (uidatajon).

I motori vengono comandati in PWM a partire dal confronto tra velocità angolare e velocità globale, con le condizioni di pattinamento (slip) per la vibrazione sul gas e di bloccaggio (lock) per la vibrazione sul freno. Sto per implementare anche l'intervento ABS.

Anche in questo caso la strada più semplice per chi volesse cimentarsi è quella di ricorrere a software disponibili per applicazioni dash( es. XSim, Simtool, Simhub etc.) supportati nei forum e con tanti esempi di funzionamento, oltre che validi per diversi titoli game.

Di seguito un video delle prime prove:

 

Rimango a disposizione per ogni commento, impressione, consiglio...

micma

 

 

 

Edited January 2, 2019 by micma80

[Tetuz]

Gran bel lavoro micma! anche io ho una pedaliera artigianale con cella di carico e due potenziometri ad effetto Hall simili ai tuoi, uso la scheda di leo bodnar a 16bit per cella di carico. Ora sto pensando di passare al freno idraulico dato che il feeling delle molle non mi entusiasma e intanto pensavo di risolvere un problema che affligge la mia pedaliera dalla nascita: i pedali tendono a muoversi a destra e a sinistra (non di molto, ma danno fastidio durante la calibrazione e, soprattutto sul freno, non danno una bella sensazione di solidità), "ballando" sul perno. Uso un bullone m6 e i pedali ruotano su di esso tramite 2 boccole.

Posso chiederti come hai realizzato il perno per evitare questo problema?

P.S. Stupendo il sistema per la frizione! si sente tanto la differenza tra le 2 fasi?

[micma80]

Ciao Tetuz, sono contento che ci siano altri "folli" costruttori. Per il feeling sicuramente il freno idraulico è una bella soluzione, non ne ho mai provati. Ho letto che alcuni lo considerano superiore altri dicono che è più un effetto placebo che altro.

Nel mio caso ho accoppiato delle molle dure e corte dentro in pistoncini, con fine corsa con tampone in tubo per compressori.

A me il feeling piace, dopo la prima breve corsa sento il blocco e una lieve la pastosità della gomma. Nelle staccate è molto simile al freno dell'auto ... ma non ho come confrontare la mia soluzione con altre.

Per il collegamento alla base dei pedali ho vincolato il tutto con perno da 8 (chiave 13) e usando diverse rondelle sono riuscito a ottenere un buon serraggio ma allo stesso tempo la leva è libera di ruotare. Un minimo di gioco (se lo pesto di traverso) c'è, ma non è avvertibile durante l'uso normale.

Questa è l'unica immagine che ho trovato dove si intravede il collegamento (in fase di prove...)

In caso, se vuoi, posta delle foto così vediamo cosa si può studiare. un sistema migliore è quello di avere la leva perfettamente solidale con un grosso perno (M10 ben serrata) e fare la rotazione su due supporti con cuscinetti, serrando su ciascuno il perno (tipo questi, li trovi sulla baia a pochi euro) :

    

Per la frizione l'effetto è immersivo, ho dovuto fare delle molle dure (filo da 1,5) perchè avevo provato con le mani mentre con i piedi risultava morbida. Consiglio di non esagerare con la durezza molle altrimenti diventa una fatica in gara ... La differenza tra le due fasi non è abissale ma si sente bene, a me piace perchè ho tarato il pedale in modo che lo stacco inzia proprio nel punto di intevento della seconda parte della corsa.

 

micma

 

Edited January 8, 2019 by micma80

[Tetuz]

Grazie della risposta micma! Nel weekend ho smontato acceleratore e frizione per rifare i potenziometri ad effetto hall usando una bic e ho tentato alcune soluzioni che alla fine risultano simili alla tua. Purtroppo ora sono piuttosto impegnato e non sono riuscito a testarli in maniera adeguata ma promettono bene.

https://ibb.co/kDYT7b9 in questa foto si vede come ho sistemato il perno, mentre in questa ( https://ibb.co/qJw38X2 ) si vede il sistema per il freno e in secondo piano la frizione (ripresa da quella di protosimtech). Il problema principale del freno credo sia quello di non riuscire a trovare una molla adatta, passando all'idraulico non avrei questo problema, oltre a ridurre il baccano fatto dal mio sistema!

Tra un mesetto, quando sarò meno impegnato pensavo di fare un post simile al tuo per la mia pedaliera e il volante

 

[micma80]

Complimenti bella realizzazione, sono contento se posso darti qualche spunto.

Non capisco come è collegata la cella di carico ... forse non era fissata nella foto? come anche il tampone che si vede a fine leva (quello a sinistra della cella).

I pistonicini o molle a gas saranno una evoluzione sul mio pedale gas, giusto per migliore pastosità della discesa, già ora va bene ma mi piace sperimentare.

Sul rumore non saprei, la mia qualche scricchiolio di molla lo fa ma poca cosa... poi gudo sempre con le cuffie o con l'impianto a palla, per la gioia dei vicini ahaah

Come ti trovi col sistema frizione? lo avevo visto anche io, poi ho deciso di farlo come nel post, sia perchè mi piaceva ma anche perchè più semplice.

micma

Edited January 9, 2019 by micma80

[Tetuz]

La cella di carico viene tirata verso l'alto tramite un bullone M4 che si dovrebbe intravedere in foto, nella parte posteriore della cella di carico. Il tampone serve perché avendo collegato il pistoncino a gas il pedale si spostava in avanti, lasciando una zona vuota tra la staffa a cui è collegato il freno e la cella di carico. Mettendolo fornisce una sorta di "precario" alla cella, per avere una risposta più pronta.

I pistoncini sull'acceleratore non sarebbero male, se dovessi passare al freno idraulico proverei a metterlo, anche se temo renderà la salita del pedale un po'più lenta, essendo il pistone di un bagagliaio della Smart. Avevo visto uno che aveva costruito una pedaliera in legno utilizzando dei pistoncini particolari, con smorzamento solo in compressione, ma temo abbiano dei costi parecchio elevati.

Il rumore è dovuto al fatto che il perno del freno e la boccola sulla staffa non sono perfettamente allineati, quindi la filettatura del perno gratta. Fortunatamente non ho problemi di inceppamento. Potrei risolvere piegando la staffa ma ho paura di danneggiare la saldatura sotto, perciò mi terrò il rumore.

Per la frizione, muovendolo a mano si sente distintamente la differenza, col piede non molto. Pensavo di aggiungere altre due molle a trazione o di modificare i profili su cui scorrono i cuscinetti per tirare di più le molle.