ダイレクトドライブ シミュレーション レーシング ホイール

ダイレクトドライブシミュレーターステアリングホイール（略して「DD」と呼ばれることもある）は、駆動部と出力部の間にダイレクトドライブ機構を備えたシミュレーターステアリングホイールであり、ギアリングなし（ギアやベルトによる減速ギアリングを備えたシミュレーターステアリングホイールとは対照的^{[1] [2] [3] [4]}）であり、他のシミュレーターステアリングホイールと同様に、トルクフィードバック（「フォースフィードバック」と呼ばれることが多い）を提供するために使用され、ドライバーはステアリングホイールの動きを通じて、シミュレーター内の車に何が起こっているかを感知するためのインターフェースを取得します。これは、ドライビングシミュレーター、レーシングシミュレーター、レーシングビデオゲームにおける人間とコンピューターの相互作用の例であり、触覚技術の例です。

ダイレクトドライブステアリングホイールは、ギア付きまたはベルト付きのシミュレーションレーシングホイールと比べると、強度が高く（トルクが大きい）、シミュレータからの詳細をより正確に再現できるという点で異なります。通常、3相 ブラシレスAC サーボモーター（高価なモデル）を使用して構築されますが、ハイブリッドステッパーサーボモーター、またはステッパーモーターのみ^[5]（非常に手頃な価格のモデル）を使用する場合もあります。

産業用兵器に使用するための直接駆動機構は、希土類磁石の使用により1980年代に可能になり始めました^[3]。今日最も一般的に使用されているのはネオジム磁石です。^[6]

1980年代以前は、サーボモーターは直接使用するには十分なパワー（十分なトルク）がなかったため、減速ギアや機械式ベルトをモーターに追加してパワーを活用し倍増させていました。^[3]より高出力のモーターは、製造に高価な希土類材料が必要だったため実現可能ではありませんでした。この問題は、1980年代に安価な高出力磁石が開発されたことで克服されました。^[3]

2013年、ギア駆動やベルト駆動のステアリングホイールのより高度な代替品として、ダイレクトドライブのシムステアリングホイールが消費者向け市場に大規模に導入されました。2008年以来、レーシングチームやプロのセンターに小売販売されていたダイレクトドライブホイールベースは、2013年に英国を拠点とするLeo Bodnar Electronicsによって初めて商業的に広く利用可能になりました。 ^[7]その後、2015年に米国を拠点とするSimXperience AccuForce V1が発売され、優れた技術知識を持つユーザー向けの最初のDIY オープンソースハードウェアOpenSimwheelまたは「OSW」キットが続きました。

2015年には、ハードリアルタイムマルチボディシミュレーションと高忠実度ステアリングホイールフォースフィードバックに関する研究のために、0～30Hzの周波数範囲でギア駆動ホイールとダイレクトドライブホイールの予備比較が行われ、ダイレクトドライブホイールの方が優れているという結論が出ました。^[8]

Simucube は、以前 Open Sim Wheel キットを提供していたメーカーの 1 つで、フィンランドのメーカー Granite Devices が所有するブランド名です。同社は、シミュレーション レース用と産業用の両方でサーボモーターとステッピング モーターを制御するためのドライバー エレクトロニクスも提供しています。Granite Devices は、フィンランドの Kontkanen Tero が CNC フライス盤を製作していたときに趣味のプロジェクトとして始まり、市場には高品質の交流サーボモーターが多数あることに気付きましたが、そのようなモーターを制御するためのドライバー エレクトロニクスは高価であったり入手困難でした。彼は AC サーボの動作を調査し、最新の電子部品といくつかのリアルタイム アルゴリズムを使用して、使用可能な制御エレクトロニクスを作成できることに気付きました。その後、コントローラーの開発には約 1 年かかりました。エレクトロニクスは、IONI マザーボードと STM32F4、および MMos と呼ばれる独自のファームウェアに基づいています。このソフトウェアのオープン ソース バージョンはリリースされる予定ですが、2022 年現在まだリリースされていません。^[9]

ダイレクトドライブホイール、および一般的なシミュレーションレーシングホイールの課題、品質、およびパフォーマンス指標には、力のフィードバックの詳細と忠実度、スムーズなトルク伝達、ほぼゼロのバックラッシュ、ロータリーエンコーダの解像度、クリッピング、ダイナミックレンジ、トルクリップル、^[2] コギングトルク、^[10]ドライバーと制御電子機器によるデジタル信号処理、 ^{[2] [11]}信号フィルタリング、^[8]バックドライブ摩擦、^{[10] [12]}低慣性、^[12] ダンピング、^[12]高速応答、正確な位置決め、電磁干渉、^[13]および遅延が含まれます。

Leo Bodnar、OSW キット、Sim-pli.city、VRS システムは産業用サーボ モーター (通常は MiGE、Lenze、または Kollmorgen モーター) をベースにしていますが、SimXperience の AccuForce、Frex、Simucube (当初は MiGE モーターを使用)、Fanatec、Simagic はカスタム メイドのモーターを使用しています。使用されるモーターの種類は、ハイエンドの 3 相ブラシレス サーボ モーター^[14]から低予算のハイブリッドステッピングサーボ モーターまでさまざまです。^[1]

モーターの他に、完全なダイレクトドライブホイールベースの他の部品には、ロータリーエンコーダ（位置センサー）、コントローラボード（ゲームからのFFBデータをステアリングホイールの力に変換する）、およびコントローラボードのスロットに収まり、モーターの位置、速度、およびトルク出力を制御するモータードライバボード（サーボドライブ）が含まれます。 ^[15]エンコーダの例としては、Biss-CおよびSinCosエンコーダがあり、コントローラボードの例としてはSimucubeボードがあり、モータードライバボードの例としてはIONIおよびArgonボードがあります。

トルクはエンジンの「パワー」を示すもので、次の 2 つの方法で指定できます。

• 連続トルク、モーターが連続速度で連続動作を実行できる最大負荷、したがって連続作業を実行できる連続トルク
• ストールトルクは、モーターが停止して動かなくなる負荷であり、保持トルクを生じますが、作業は行いません。

後者はニュートンメートルで常に高い数値を与えるため、通常、製造業者が消費者に最も多く伝える数値ですが、理論上はステアリングホイールは回転が停止すると何の作業も行わないため、実際にはあまり役に立たない仕様です。したがって、2 つのモーターを比較する場合は、トルク仕様の種類に注意する必要があります。連続トルクとストールトルクの関係はモーターによって異なる場合があり、モーターの特性 (応答性と強度) について何かを語ることができます。^{[引用が必要]}

比較すると、ストリートカーでは通常約 7 ～ 10 Nm が経験され、非常に高いトルク (例: 20 Nm) のステアリングホイールでは、ソフトウェアでトルクを下げるのが適切である可能性があります。ただし、強力なモーターはスルーレート(アンプが信号に応答するのにかかる時間) が速いことが多く、ステアリングの応答性が向上し、よりリアルになります。

多くの現実世界のレーシングカーと同様に、シミュレーション レーシング ステアリング ホイールには通常6×70 mm のボルト サークルが付属しています。つまり、ホイールは、ステアリング ホイールの 70 mm サークルに沿って均等間隔で配置された 6 本のネジを介してベースに取り付けられます。他のボルト サークルが使用される場合もあります。

ステアリングホイールの中には、多くの実際のレーシングカーで一般的に見られるように、クイックリリースを介してベースに取り付けられているものがあり、これには多くの種類があります。独自のクイックリリース（Fanatec QR1やSimucube SQRなど、後者はくさび形のダブテールを備えています）、またはD1仕様などの標準化されたクイックリリース（SimXperience、Simagic、Moza、IMMSourceなど、多くのメーカーが使用）があります。D1仕様のカプラーは、SFI Spec 42.1に従って実際のレーシングカーでの使用が承認されているNRGクイックカプラーと同じパターンで構築されています。^{[16]以前は、別の一般的なアフターマーケットクイックリリースはQ1Rタイプでした（Fanatec} QR 1と混同しないでください）。一部のクイックリリースには、ホイールのボタンとディスプレイに電力とデータを転送するための統合されたコンタクトピン（多くの場合、独自のもの）がありますが、これらは通常、メーカー間で機能しません。他のクイックリリースは、代わりにBluetooth経由のワイヤレス送信とクイックリリース経由の誘導（磁気）電力転送を使用します。 2 つの異なるメーカーのステアリング ホイールとベースを使用する場合、通常は、ベースとホイールのUSB-C 、Micro、Mini、または Type B インターフェイス間の接続など、別の USB ケーブルを介してステアリング ホイールの電子機器をベースに接続できます。

高トルクのベースでは、業界標準のフロントマウントフランジマウントを使用すると最も堅牢なマウントが実現します。これは、シムレーサーの間で好まれることが多いです。このようなベースマウントは通常、激しいステアリング動作中に曲がりにくいためです。これにより通常、レバーが短くなり、マウントインターフェイスのトルクが少なくなるため、より頑丈なマウントになります。シムホイールの事実上の業界標準は、これも広く使用されている機械業界標準に由来するもので、直径 4×130 mm のボルトサークルとメトリック M8 ネジを備えたフロントマウントです。つまり、直径 130 mm の円に沿って 4 つのネジが均等に配置されていることを意味します。これは、おおよそ 91.9 mm × 91.9 mm の正方形に相当し、92 mm の長辺を持つ正方形パターンとしてよく引用されます。

ベースをシム レーシング コックピットまたはテーブルに取り付けるための独自のパターンも多数あります。これらの中には、ベースの側面または下側に取り付けるものもあります。

導入時期順に並べると次のようになります。

伝説：

•   業界標準または事実上の標準
•   独自
•   ない

• Sim レーシングホイール § レーシングホイールの比較、他のタイプのレーシングホイールの比較
• フルモーションレーシングシミュレーター
• リンケージ（機械式）
• モーションシミュレーター
• パワーステアリング
• のこぎり波
• サーボドライブ
• サーボ機構
• バーチャルリアリティヘッドセット

• Berber-Solano, TP、Giacomin, JA、および Ajovalasit, M. (2013)道路タイプの検出に対するステアリング ホイールの加速度周波数分布の影響、Ingeniería mecánica、tecnología y desarrollo、4(4)、145-151。
• Walmsley, A., & Williams, LRT (1991)トルクパルスの知覚、知覚と運動技能、72(3_suppl)、1223-1227。
• Yang, S., Tan, HZ , Buttolo, P., & Johnston, M. (2004)受動的に保持されたロータリースイッチを介して伝達されるトルク振動の検出、EuroHaptics 2004 の議事録、217-222 ページ。

• 高級ホイールの比較、boxthislap.org の Gonzalo 著、2017 年 12 月 11 日
• SinCos の印象、boxthislap.org の Gonzalo 著、2017 年 12 月 7 日
• Granite デバイスと OSW の将来、Gonzalo (boxthislap.org)、2015 年 11 月 5 日
• Sim Racing Garageダイレクトドライブ FFB ホイールシステム比較、2015 年 6 月 1 日
• MMOS ダイレクトドライブホイール 2020、racedepartment.com、2020 年 9 月 3 日