01.12.2015

Акции с вибронакидками, трекером и ценными подарками к ним продлены до 14 декабря!

16.11.2015

Только до 14 декабря – купите вибронакидку Gametrix в интернет-магазине shop.gametrix.ru и получите наушники Koss в подарок.

ПУБЛИКАЦИИ
02.03.2010
14TBAP_Kos

Факторы, влияющие на ресурс игровых рулей

| Хабрахабр


Геймер за рулём
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, то можно с математической точностью предсказать, сколько проработает тот или иной руль или педали.
Места трения в потенциометре
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
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:
Энкодер
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 энкодера Диск энкодера
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)
Редуктор

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 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:
Редуктор 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.

P.S.
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: