3DOF 360° Motion SimPit

Alles Wissenswerte über den zweiten Teil der DCS-Serie sowie über das reale Vorbild, die A-10C Thunderbolt II.

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JaBoG32_Siddharta
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3DOF 360° Motion SimPit

Beitrag von JaBoG32_Siddharta » 11. Apr 2015, 14:56

Bin endlich dazugekommen das Projekt "Frankenstein" zu beschreiben :-)

Hier einige aktuelle "Rides" mit Besuchern :lol:
https://drive.google.com/open?id=1EuEQI ... mr8iqRAGF3

Carrier launch in VR und ein paar Aerobatics:
https://youtu.be/bPhuUdkOJoU

Real Life A-320 Pilot im Simulator
https://drive.google.com/open?id=1tKcs3 ... nf-w-IIsGS

Gurtstraffer System für dritte Achse (Gs pos):
https://drive.google.com/open?id=1EjWV2 ... 04WvdRZoSp

JaBoG32 Dive Bombing Training
https://www.youtube.com/watch?v=b54t7QTQFWE&t=26s


Alte Filme dazu mit nur einer Achse:

NOP zum erstenmal in VR (Besucher im Track Record)
https://adobe.ly/2N4eBrM

Aerobatics Fun (Motion Steuerung ist endlich akurat, kaum Delay)
https://adobe.ly/2Mthm4P

Airrace (max. roll rate des Pits)
https://adobe.ly/2N4fJvw

Nevada NOP (erster 360° noch mit großem Delay und stottern)
https://adobe.ly/2ItQfV8

Pitch Achse funktioniert endlich
https://adobe.ly/2IvvvMG

Max Rates mit 80kg load:
https://drive.google.com/open?id=1s9Ooq ... ivdavmAdEm



Kurz Beschreibung und Ziele: Ziel war es erst die Bewegungen der Bank und Pitch Achse von allen DCS Mustern 1:1 zu simulieren.
Nachdem ich selbst RL geflogen bin, hab ich dieses Ziel schnell verworfen und versuche aktuell auch G-Kräfte mit den 360°
möglichst real abzubilden (Stichwort OnSet cueing)
D.h. die Simulation der Positiven G-Kräfte (Heave Achse) werden über einen Gurtspanner simuliert (Danke an Bergison für diese Idee).
Beschleunigung und Abbremsen wird bereits mit der Pitch Achse verrechnet und jetzt simuliert.
Slide und Drift wird mit der Bank Achse verrechnet simuliert.
Und auf Nachfrage: Warum keine Stuard Plattform mit 6DOF? Weil ich Aerobatics und BFM halbwegs korrekt simulieren will.
Das Gefühl und die Anstrengung im 2DOF bei einem Loop, Barrelroll, Hammerhead oder invert sind extrem Nah am echten fliegen
(zumindest bei mir). Nichts was ich jemals mit +/- 30° 6DOF empfinden könnte :-)

Elektronische Lösung:
- Über eine Software namens X-Sim, https://www.x-sim.de
- ist es möglich über ein Plugin (DCS LUA Encoder) https://www.x-sim.de/forum/viewtopic.php?f=79&t=309
- die Echtzeit Fluglagedaten eines DCS Musters auszulesen (erfordert angepasste Export.lua - steht unten als download zur Verfügung)
- Das ganze System funktioniert mit DCS World 1,5, 2.0, 2.5 und mit allen DCS Modulen!

- X-Sim wandelt diese Lagevektoren (werden als Radiant ausgegeben) in eine digitale Singalkurve mit +/- 180° um.
- Diese Daten werden über USB an den Arduino Uno (Microcontroller) geleitet.
- Eine Firmeware für den Arduino Uno (nennt sich XPID ; C Code) https://www.x-sim.de/forum/viewtopic.php?f=39&t=723
ermittelt den Ist-Wert des Motors über ein 5V Feedback Analogsignal.

- Dieser Feedbacksensor muss rüttelfest, linear und absolut sein, d.h. normale Hallsensoren mit 0,5 bis 4,5V funktionieren nur bedingt.
Am Besten funktioniert bei mir Der hier:
https://www.megatron.de/produkte/hall-e ... ab25a.html

- Dann vergleicht die Arduino Firmeware den Ist-Wert mit dem Sollwert (das ist die Signalkurve die von X-Sim aus DCS bekommt).

- Das Ergebnis wird über einen PID Regler geglättet und in serielle Steuerbefehle (8 Bit d.h. max. 1042. Stellungen) umgewandelt.
- Diese gehen an die Motorsteuerung (H-Bridge):
https://www.dimensionengineering.com/pr ... rtooth2x60
Die wandelt alles in ein Pulsweitenmoduliertes (PWM) 12V - besser aber 24V Lastsignal um.
- Das PWM Signal schaltet den Motor extrem schnell an und aus (32khz), um damit den Motor langsamer oder schneller laufen zu lassen, sowie links oder rechts rum.


Mech. Lösungen:
- Um kosten zu sparen habe ich unlegierten Stahl für den Rahmen verwendet - der ist einfach zu schweißen, günstig und stabil.
Nachteil: Sehr schwer (Cockpit 90kg, JetSeat 60kg, Pitch U-Rahmen 80kg, Hauptrahmen 120kg alles jeweils mit Motoren usw.)

- Es gibt verschieden Ansätze für 360° Simulatoren - ich hab die klassische Anordnung mit zwei Achsaufnahmen gewählt.
Vorteil: Einfache Konstruktion und robust, aber platzintensiv (240cm lang, 220cm breit, 270cm hoch)

- Um kosten zu sparen wurden zwei DC Getriebe Motoren mit 120NM und 60A gekauft (je 360 Euro).
Vorteil: Keine teuren Frequenzumrichter, keine teure SPS/Beckhoff Steuerung nötig, keine teuren Lastnetzteile nötig.
Außerdem kann man damit auch Force Feedback für den Stick und Gurtstraffer (simulation der pos Gs) bauen.
Nachteil: Enorme Störsignale und Ströme.
Motoren die das packen gibt es in Deutschland kaum...aber bei den Italienern:
https://www.transtecno.com/de/getriebem ... 2v-24v-dc/

Als Stromquelle kommen billige 12V Batterien zum Einsatz die parallel 24V liefern. Netzteile mit über 1kw sind störanfällig, teuer und können nicht rekrupieren. Außerdem mag ich bei einem Stromausfall nicht einfach in der Luft hängen. Die vier Batts reichen für min. 2h mit permanenten Aerobatics und min. 8h bei normalen Geschwadertraining.

Stickverlängerung: Durch die Drehkräfte kann man selbst mit dem Warthog Stick nicht vernünftig fliegen. Ich habe eine Verlängerung von 28cm verbaut und an der Basis des Griffes zwei Lenkraddämpfer (Motorrad) montiert plus zwei Federn für die Zentrierung. Im Endeffekt braucht Ihr 10 bis 15kg Wiederstand um realistische und präzise Steuereingaben zu machen. Leider sind mehr als 10kg nicht zu empfehlen, da Euch sonst die Basis vom Warthog Stick abbrechen könnte.
Noch so eine ganz Verrückte Idee: Die zwei Federn für X und Y die durch einen Akturator vorgespannen (je nach AOA oder Gs) und könnte so ein Force Feedback erzeugen...mal sehen *G

Taktile Schallwandler und Subwoofer. Beides ist notwendig um ein realistisches Gefühl im Pit zu bekommen. Der Bodyshaker schlägt nur bei harten Events z.B. Landung, GAU-8, Collisions oder Ejects an. Um z.B. Buffets im Stall, Afterburner, Windgusts, Triebwerksvibrationen darzustellen ist ein Subwoofer notwendig. Richtig verbaut, reichen 200W sinus um richtig spaß zu haben :-)

Ich habe den PC mit im drehenden Pit (mit Motordämpfern) eingebaut - SSD und Mainboard ist absolut unbeindruckt von den G´s,
aber normale Festplatte rauchen schnell ab :-) Nur so war es möglich sämtliche Geräte anzuschließen (Hotas, FFB, HTC Vive, Keyboard, TrackIR, Lilliputs, Trackball, Bodyshaker, 5.1 System, Pedale, 28" Monitore, usw.)

Um den Strom dafür ins Pit zu bekommen braucht man hochwertige Drehschleifer
https://www.ebay.de/itm/Drehdurchfuhrun ... 2c93eed624
Ich hab einen mit 10 Steuerleitungen und 3 Spannungsleitungen (220V). Die Steuerleitungen führen das USB Signal vom PC zum Microcontroller. Achtet darauf das ja keine Mechanische Belastung auf dem Teil liegt!

Sicherheit
Bei 360°, 200kg und 230V im Pit hört der Spaß auf und kleine Fehler können tödlich Enden, d.h.
- Separater, super sensibler FI Schalter direkt vor dem Drehschleifer zwischen die Netzstrom Leitung bauen.
Ich habe bisher keine ungewollten Offs oder Spannungsschwankungen erlebt.
- Notaus-Schalter: Um die 24V Laststrom abzuschalten habe ich ein Lastrelais zwischen Motoren und Batterie gebaut. Vom Pit aus geht über zwei Signalleitung ein 12V Steuersignal zu den Relais. Wird das Steuersignal durch den Schalter gekappt, trennen die Relais den 24V Laststrom. Denkt nicht mal daran den Laststrom direkt über einen Schalter im Pit zu trennen.
- Überrollbügel: Sollte eine Achse, Lager oder Achsaufnahme brechen während man auf dem Kopf steht, fällt man aus 1,5m Höhe auf den Boden. D.h. baut unbedingt eine stabilen Bügel ein, der an mindestens zwei Punkten verhindert das Euer Kopf den Aufprall bremst!
- Schwerlastanker: Ich habe 12 Stück davon in Boden und Wände verankert, damit das alles hält.
- Notbremssystem: Über Funk und eine autarke Batterie steuere ich zwei 25mm Bolzen an einem Linearmotor an, die sich im Fall des Falles in die Wände und Rahmen bohren und jede Bewegung stoppen. Warum Funk? Wie wollt Ihr die Bremse auslösen, wenn die Achse samt Steuerkabel abreißt?
- Helm, 5 Punkt Gurt und Alarmknopf sind Pflicht. HTC Vive in einen Pilotenhelm verbauen funktioniert erstaunlich gut! Die Valve Index jetzt passt nicht mehr einfach so in den Helm, da muss ich erst rum schneiden.
- Notstrom-Beleuchtung ist wirklich gut im Falle des Falles.
- Verwendet NUR geprüfte Drehdurchführungen die wirklich für 230V (Durchschlagschutz bis 700V Spitze) ausgelegt sind!
Und erdet mit dem Nullleiter das gesamte Cockpit.

Probleme, mit denen ich zu kämpfen hatte:
- Selbst 40x40x5mm Winkelstahl verbiegt sich axial schnell (Torsion) - der erste Pitch U Rahmen wog 180kg und hat sich trotzdem komplett verbogen.
Also alles noch mal neu gemacht mit Rundrohren d=140mm / 4mm...das ist tatsächlich das minimum wenn man über 100kg wiegt!
- Die Lager der Achsen müssen radial und axial gelagert sein (bei 180° drücken min. 250kg auf das untere Lager!!!)
- Antriebswelle und Antriebswellenflansch des Motors MUSS aus Werkzeugstahl und min. d=25mm haben...sonst Bruch. Am Besten 35mm wenn Ihr wie ich eine Kabeldurchführung habt.
- Demontierbarkeit (z.B. durch Kettenantrieb) ist ein wichtiges Stichwort um sich das Leben leichter zu machen. Ah und vergesst nicht Deckenhöhen und Türbreiten.
- Der Motor muss min. 90Nm schaffen und 70rpm um die Drehrate der F15-C zu erreichen.
- Es darf kein selbsthemmendes Getriebe verwendet werden! Mir ist bei Dauerbelastungen (Airrace) das erste Schneckengetriebe deswegen gestorben.
- Bürstenmotoren sind bekannt für Störsignale - meine Motoren sind extrem Dick ummantelt und trotzdem müssen alle Kabel doppelt abgeschirmt und an einem Punkt geerdet werden. Nehmt keinen China Schrott für Shields oder Platinen...die sind ganz oft schlecht oder falsch geerdet.
- Ebenfalls gab es Aussetzer bei max. PWR 160A...nachdem der gesamte Microcontroller mit 2mm Blech ummantelt wurde war Ruhe :-)
- Die C Software für die Motorsteuerung ist schwierig für mich zu verstehen...muss man aber auch in der Regel nicht anfassen.
- Die Motorsteuerung macht was Sie soll, aber es gab ruckler im Druck- bzw. Entlastungsbetrieb. Also Problemursache stelle sich das selbsthemmende Getriebe heraus, das bei kleinen Laständerungen immer wieder leicht blockiert.
- UR Radio und der Flightplaner kollidierten mit dem Export Script. Danke an Bosshog und Sparrow fürs bugfixen! Ist aber obsolet, mit Simple Radio gibt es keine Probleme.


Probleme mit VR z.B. Oculus oder Vive
- Grundsätzlich tracken alle VR Brillen absolut. D.h. wenn Eurer Flieger mit 45° rollt, dann addieren sich die 45° realer Cockpit Winkel mit den 45°Winkel der InGame View. D.h. optische wirkt es so als ob Ihr im 90° winkel fliegt. Das führt sofort zu Motion Sickness. Einziges Mittel dagegen ist motion cancelling. Soll heißen eine App zieht die 45° RL Winkel einfach wieder ab. Motion cancelling funktioniert über 2x 360° nur mit der HTC Vive, Vive Pro und Valve Index. Es geht mit zwei Lighthouse 1.0 oder 2.0 Stationen, aber nur bei 2.0 kann man auch BodyShaker voll aufdrehen (die 1.0 werden leicht von Vibrationen gestört)
https://github.com/matzman666/OpenVR-In ... r/releases
https://www.xsimulator.net/community/th ... est.10241/

Probleme mit der Pitch Achse bzw. dem Rollachsen Flip
- Wenn man nur 2DOF ohne die Z-Achse hat, dann kann die Pitch Achse keinen richtigen Looping machen. D.h. die Pitch Achse steigt bei einem looping bis +88°, dreht dann die Bank (Roll) Achse ziemlich schnell um -180°, und dann sinkt die Pitch Achse wieder. Diese 180° Drehung würde die Z Achse ausgleichen. Da die aber nicht vorhanden ist werdet Ihr etwas durchgerührt. Das selbe passiert natürlich wenn beim looping dann genau nach unten fliegt. Dort dreht die Bankachse dann +180°.

Um das Problem zu lösen hat meine Frau die DCS Lagevektoren in der Export.lua komplett umgeschrieben:
https://drive.google.com/open?id=1aEOug ... -S1ZP7Obx0
und damit funktioniert dann auch ein echter Looping!
- Es geht Vorwärts/Rückwärts/Invertierter Loop
- Abbrechen z.B. 80° PitchUp den Climb abbrechen
- Mann kann sogar bei 90° Pitch Up rollen
- Mann darf aber nur bis zu 5° Grad neben der Spur durch die Vertikale gehen, sonst funktioniert das Counter Script nicht.

Es gibt noch ein paar Jumps, aber die sollten bald erledigt sein.
Dateianhänge
Motion-SimPit-2DOF-360-Simulator.jpg
Saber-Arduino.jpg
Notaus-Relais.JPG
DSC_5909.JPG
Drehgeber-analog-5V-360-endloss.jpg
Drehgeber-Sensor.jpg
360-fullturn-AcesII-seat-cockpit.jpg
Export.lua
Export lua für DCS mit Pitch und Bank Achse sowie Beschleunigung
(2.34 KiB) 23-mal heruntergeladen
Antriebsachse-mit-Drehdurchführung.JPG
Antriebswelle mit montierter Drehdurchführung und Hallgeber
Zuletzt geändert von JaBoG32_Siddharta am 9. Sep 2019, 20:49, insgesamt 55-mal geändert.
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Re: 2DOF 360° SimPit

Beitrag von JaBoG32_Siddharta » 11. Apr 2015, 15:12

Alte Bilder der v1 (1DOF) .
Aktueller Stand der Dinge...Video folgt hoffentlich bald.
Dateianhänge
Rahmen-Motor-Sitz.JPG
Aktueller Stand der Dinge...Video folgt hoffentlich bald.
Drehdurchführung-mit-Hallgber.JPG
Fertig montierte USB Drehdurchführung mit Hallgeber und Hallsensor (kaum sichtbar)
5-Punkt-Gurt.JPG
Montierter Sitz mit 5 Punkt Gurt...ist echt bequem!
Rahmen-Korb-Hochzeit.JPG
Hochzeit von Korb und Rahmen des Bank Achse
Arduino-UNO-Sabertooth-120.jpg
Die Elektronik: Ardunio Uno und Sabertooth 2x60. Nicht sichtbar ist die Dieselbatterie für den Saft :-D
Zuletzt geändert von JaBoG32_Siddharta am 5. Feb 2019, 09:43, insgesamt 2-mal geändert.
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Re: 2DOF 360° SimPit

Beitrag von JaBoG32_Sparrowhawk » 11. Apr 2015, 16:24

Wie Krass....!! :shock:

Schnall Dich blos gut an...! :wink: :mrgreen:
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Re: 2DOF 360° SimPit

Beitrag von JaBoG32_Prinzartus » 11. Apr 2015, 17:27

:shock:
SW/HW. Spex.: Windows 10, I7 8700k @5,1GHz, 32GB DDR4-3200, NVIDIA GTX 1080, HOTAS Warthog, Obutto R3volution, 28" 4K Acer XB280HKbprz Predator, HP Reverb VR
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Re: 2DOF 360° SimPit

Beitrag von JaBoG32_Tronix » 11. Apr 2015, 19:15

alter Schwede Sidd... :shock: :shock: :shock:

wenn Du alle Probleme erfolgreich gelöst hast, dann baust DU mir für mein KA50 eine "motion platform"... :spring:

Hut ab... voll geil, bin schon auf das Video gespannt... *GRÖÖÖHL*
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Re: 2DOF 360° SimPit

Beitrag von JaBoG32_Siddharta » 11. Apr 2015, 19:15

JaBoG32T_Tronix hat geschrieben:wenn Du alle Probleme erfolgreich gelöst hast, dann baust DU mir für mein KA50 eine "motion platform"..*


:lol: Und Du baust mir das A-10C Instrumentenpanel. Dann rennen wir beide zur BW und vermieten den Simulator für 100 Öken die Stunde :mrgreen:
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Re: 2DOF 360° SimPit

Beitrag von JaBoG32_Tronix » 11. Apr 2015, 19:15

JaBoG32_Siddharta hat geschrieben:
JaBoG32T_Tronix hat geschrieben:wenn Du alle Probleme erfolgreich gelöst hast, dann baust DU mir für mein KA50 eine "motion platform"..*


:lol: Und Du baust mir das A-10C Instrumentenpanel. Dann rennen wir beide zur BW und vermieten den Simulator für 100 Öken die Stunde :mrgreen:


Sidd, sooooooooooooo machen wir das... :mrgreen:
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Re: 2DOF 360° SimPit

Beitrag von JaBoG32_SNAFU » 11. Apr 2015, 20:24

Sieht gut aus.

Was ich nicht verstehe, warum du das um die Längsachse rotieren willst? Warum nicht die Querachse? Wäre Querachse nicht interessanter? Oder überseh ich da was?

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JaBoG32_Siddharta
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Re: 2DOF 360° SimPit

Beitrag von JaBoG32_Siddharta » 11. Apr 2015, 20:24

JaBoG32_SNAFU hat geschrieben:Sieht gut aus.

Was ich nicht verstehe, warum du das um die Längsachse rotieren willst? Warum nicht die Querachse? Wäre Querachse nicht interessanter? Oder überseh ich da was?


Nein, die Querachse (Pitch) kommt noch. D.h. was Du auf den Fotos siehst ist erst der halbe Simulator! Alles ist noch sehr roh und grob, aber in einem Jahr dürfte es dann gut aussehen :roll:

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Re: 2DOF 360° SimPit

Beitrag von JaBoG32_Tank » 13. Apr 2015, 06:33

Alte Sch#*sse! Wie krass, verrückt und saucool!
Verstehe ich das richtig, dass sich deine Plattform um 360° drehen können soll? Wenn ja, benötigst du definitiv einen fünf Punkte Gurt, bei deinem sehe ich aber nur vier Punkte. Der strap zwischen den Beinen fehlt doch, oder?

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