DIY - RFR Active Pedal : dimensionnement, calculs

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  • Déjà le moteur faut oublier... J'avais fait un seat mover longitudinal, et un servo de 2,4Nm ne suffisait à contre-carrer la force de freinage du pied...

    Bah le servomoteur intégré iSV57T-130 a un couple max à C=1,1 Nm et une vis de de pas p=8mm, la force obtenue sans les frottements est de 2*PI*C/p = 86 kg en pic
    c'est déjà pas mal du tout pour un premier essai je trouve :)

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    Gseat à presssion, harnais 2DOF, Simucube 1 mige normal, CSP V3, TH8RS moddé, FaM loadcell, ThroneThumper, triple 24"

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  • Stef Bord : oui c'est leur chiffre (je suppose que c'est le parcours linéaire du bout de la pédale)

    je pense qu'il faut distinguer le cas d'une pédale d'accélération où la vitesse du moteur doit être assez élevée pour ne pas ressentir de ralentissement (et donc d'effort parasite).

    et le cas d'une pédale de frein où ça n'a pas forcément besoin d'être hyper réactif si l'on considère que la mémoire musculaire du freinage est l'effort et pas la position.

    Donc pour être le plus conservateur, j'ai tenté une mesure pour estimer la vitesse : j'ai chronométré en combien de temps je plaque 10 fois la pédale d'accélérateur au plancher. L'idée est de trouver la vitesse max.

    Sur un trajet d'environ 8cm, la pédale peut faire 10 aller-retour en 4s33 :B

    ça donnerait : v = 8 x 2 x 10 / 4,33 = 0,4 m/s

    une vitesse en bout de pédale de 400 mm/s (et moins à mon avis sur le frein)

    Et en rotation, une vitesse de rotation de la pédale (longueur de pédale r=16 cm et déplacement de 8cm => angle de 30°) : ω=2,7 tr/sec ou 17 rad/s

    On en déduit la vitesse de la noix sur la vis qui est liée à la vitesse de rotation de la pédale par la longueur de la bielle avec la formule suivante

    https://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_bielle-manivelle :

    pasted-from-clipboard.png

    ainsi avec une pédale 16 cm, manivelle 32cm, et une position moyenne autour d'un angle de 45°

    après application numérique on aurait v = 0,12 x ω = 0.12 x 17 = 2 m/s max

    c'est beaucoup !
    :) j'ai bon ?

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    Message modifié 1 fois, dernière modification par RacingMat (28 avril 2023 à 15:33).

  • merci pour tes recherches Stef :+:

    Pour un proto, je partirai sur du 1610 (1m/s) et une noix standard (à voir ensuite s'il faut prendre une noix précontrainte pour réduire le backlash).

    Avec le schéma précédent, la force verticale V sur la vis à bille obtenue par une force de freinage F sur une pédale de longueur r et une bielle de longueur L inclinée de θ vaut :

    V = F x r / L * cos θ

    V = 80 kg x 16 / 32 * cos 30° = 6 kg

    c'est pas beaucoup :)

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  • tu as peur que la vis à bille ne soit pas assez rapide ?

    C'est ce qu'utilise Simucube.

    Un stepper 1605 ca peut tourner à 10000rpm sans soucis, la limite va être sur le stepper.

    En closed loop, stepperonline annonce 3500rpm, je pense qu'on peut y aller un peu, du coté de 1800rpm.

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  • Finalement même avec une vis 1610 de pas 10, çà risque d'être insuffisant en vitesse si on estime une vitesse max du stepper à 4000t/mn.

    Ca ne nous donne au max que 666mm/s alors qu'avec une vis 1620 de pas 20 on double cette vitesse à plus d'1,20m/s ce qui est déjà plus satisfaisant.

    Carlton, tu parles de steppers à plus de 10000t/mn mais je pense que tu parles plutôt de moteurs brushless non ?, Le problème sur ces brushless c'est que s'ils tournent plus vite avec la même tension qu'un stepper, à contrario ils leur faut beaucoup plus de courant pour fournir un couple suffisant...

  • comprend pas la phrase... Mais 1800 rpm avec une vis à bille de pas de 5mm ça fait 150mm/s. C'est clairement pas assez.

    Tu as raison j'ai craqué, je parlais bien de la vitesse du stepper, pas de la vis à bille :)

    Stef Bord, coté déplacement :

    si le point d'accroche est à 130mm (R de ton schéma), on a un angle de 30° à faire, on va prendre 45 pour avoir de la marge (cf schéma en dessous, ils sont en dessous de 45°).

    Ca fait un déplacement de 65mm max (=cos(45)*130), soit 33 tours de sfu 1605

    Pour un mouvement en une 1s, ca fait 33tr/s soit 1980rpm.

    Je pense qu'on en est pas loin, sauf à ce que je me sois encore craqué :)

    c'est la longueur maximum, ca voudrait dire un mouvement de haut de pédale de 13cm de déplacement, je mets moins de course que ca sur les miennes : 3cm pour les freins (avec le loadcell) et 10cm pour l'accélérateur (que je veux réduire, c'est trop...)

    pasted-from-clipboard.png

    en reprenant le même calcul, une pédale de frein enfoncée de 5cm en 200ms :

    ca fait un déplacement de 2,5cm en horizontal, soit 5 tours de sfu 1605.

    5 Tours en 200ms, ca fait 25tours/s, 1500rpm, ca marche encore.

    J'ai des nema23 qui trainent avec des tmc5160, je vais voir à combien de rpm je peux monter. ca va me demander un poil de temps, mais ca peut être intéressant... Histoire de voir si on arrive à monter au 3500rpm qu'il donne en closed loop, ou s'il faut se contenter des 2000rpm en open...

    Si on est cours en vitesse avec un 1605 on peut passer sur un 1610... Ils ont l'air d'utiliser des 1605...

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  • J'étais passé à coté de cette mesure et de la formule, mon raisonnement est donc à jeter!

    Mais je ne retombe pas sur les mêmes résultats que toi RacingMat :(

    En partant de l'hypothèse que l'on mesure 10 A/R de pédale en 4.33s, pour une pédale qui avance de 8cm pour un rayon de 16cm, je tombe sur 2.13rad/s :euh:

    • tan(a) = opp/adj => a = tan-1(8/16) = 26.6°
    • on fait 10 A/R de 26.6° en 4.33s => 10 *2 * 26.5 / 4.33 = 123°/s
    • 123°/s => 2.13rad/s

    En partant sur un ratio L/R de 2 d'un angle de 45° et d'une vitesse angulaire de 2.13rad/s, je tombe sur la formule suivante :

    Ce qui fait une vitesse linéaire de bielle de v=2.13*0.153=0.327m/s

    Ca fait 330mm/s :euh2:

    avec un sfu1605 on arrive sur 330mm.s-1 / 5mm/tr = 66tr/s = 3960rpm de vitesse de stepper

    Je me suis trompé ou ?

    Je pense que le grain ne vient pas de la partie mécanique ni l'entrainement du stepper, mais de la qualité de l'encodage de la position.

    Lorsque l'on applique un damper, on commence à rajouter du filtrage numérique, et c'est lui qui doit virer les grains

    Aucun problème pour rajouter ce filtre sans damper d'ailleurs, ne serait ce que sur le Spring.

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  • Je n'ai pas vérifié le reste de ton calcul, mais 0.327 m/s = 327 mm/s, pas 33

    Le grain vient à mon avis du cogging évelé sur les moteurs pas à pas, et le fait de rajouter un effet damper sert à pouvoir masquer ce cogging (comme sur les bases FFB, genre CSL DD ou Moza R9, où ce stratagème est utilisé).

    Comme on n'a pas trop le choix d'utiliser un moteurs pas à pas (pour avoir un couple pas trop ridicule), on va dire que ce damper n'est pas gênant, mais c'est vraiment parce qu'on n'a pas le choix, parce que pour moi idéalement il faudrait pouvoir avoir le choix d'en mettre ou pas (selon moi sur une vrai pédale il n'y a pas vraiment d'effet damper)

  • Je n'ai pas vérifié le reste de ton calcul, mais 0.327 m/s = 327 mm/s, pas 33

    Le grain vient à mon avis du cogging évelé sur les moteurs pas à pas, et le fait de rajouter un effet damper sert à pouvoir masquer ce cogging (comme sur les bases FFB, genre CSL DD ou Moza R9, où ce stratagème est utilisé).

    Comme on n'a pas trop le choix d'utiliser un moteurs pas à pas (pour avoir un couple pas trop ridicule), on va dire que ce damper n'est pas gênant, mais c'est vraiment parce qu'on n'a pas le choix, parce que pour moi idéalement il faudrait pouvoir avoir le choix d'en mettre ou pas (selon moi sur une vrai pédale il n'y a pas vraiment d'effet damper)

    tu as raison le 0 est resté dans le clavier, je corrige :)

    Pour le cogging, on n'en a presque plus sur des drivers de stepper TMC avec un microstepping de 16 interpolé sur 256.

    Les Nema23 en 0.9° sont vraiement pas mal, un poil moins de couple, mais de pas de beaucoup.

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  • pour la vitesse de pédale,

    * sensodrive annonce 2,9 m/s https://www.sensodrive.de/products/force…edals-activ.php

    * mon calcul (basé sur la vitesse à la quelle je m'imaginerai pouvoir mettre le pied au plancher d'une active-pedale) donnait 2m/s

    * simucube n'annonce rien

    Je pense que ce critère est le plus difficile à atteindre et pas forcément le plus utile en terme de rendu et ressenti...

    Pour concevoir le système, il faudrait commencer par un cahier des charges : lister les attendus, les spécifier et les hiérarchiser (pour savoir quelles concessions faire à chaque étape).

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  • Carlton 1 A/R de pédale en 0.433, c'est déjà très généreux... je viens de mesurer un enfoncement en 0.02s... soit déjà 10 fois plus rapide... alors oui on est sur de l'arrêt d'urgence pour du frein. Mais pour de l'embrayage ou accel ça peut être courant selon les pilotes...

  • euh, c'est même 20x plus rapide ! Tu es le Lucky Luke de la pédale de frein !!

    Pour les pédales accélérateur et embrayage, même simucube ne conseille pas leur pédale :B

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  • :hihihi: je vais en remettre une couche :hihihi:

    J'ai essayé de faire un calcul de couple moteur, alors j'ai cherché la puissance nécessaire à absorber. Je n'ai aucune idée si je suis dans le vrai :

    à partir de ca : https://www.cours-et-exercices.com/2016/05/cours-…mission-de.html

    Et que l’on part de l’hypothèse qu’il n’y a pas de perte

    P = F * v (translation)

    N. m/s

    P =. T * r (rotation)

    N.m rad/s

    ——————————————————————— Accélérateur———————————————————————————

    Force ressort = 10N/mm * 40mm = 400N (pour un déplacement de 8cm avec un point d’accroche à 50%)

    P(translation) = 400N * 0.04 / 0.2 = 80w (8cm de déplacement en 0,2s avec un point d’accroche à 50%)

    P(translation) = P(rotation)

    80w = 3Nm * r

    r = 80/3 = 26 rad/s = 1500°/s = 4,16tr/s = 250tr/min

    Donc a 250tr/min à 3Nm de résistance, on absorbe la puissance ?

    Le nombre de tour en 0,2s

    4,16tr/s * 0,2s = 0,832tr avec une 1610 => 0,83cm vs les 4cm attendus en comparaison du ressort, on a de la marge coté couple

    ——————————————————————— Frein ———————————————————————————

    Force frein = 100kg * 2 * 9,80 = 2000N (pour un point d’accroche à 50%)

    P(translation) = 2000N * 0.02 / 0.1 = 400w (4cm de déplacement en 0,1s avec un point d’accroche à 50%)

    P(translation) = P(rotation)

    400w = 3Nm * r

    r = 400/3 = 133 rad/s = 7620°/s = 21,16tr/s = 1270tr/min

    Le nombre de tour en 0,1s

    21,16tr/s * 0,1s = 2,12tr avec une 1610 => 2,12cm vs les 2cm attendus en comparaison du ressort, on a de la marge coté couple

    —————————————————

    Avec un nema de 23 de 3Nm, j’ai l’impression que ca passe coté couple, sauf pour le frein qui aurait une course de pédale de 4,12cm avec un point d'accroche à 50%.

    Si je ne me suis pas trompé, nous aurons une course plus courte sur le frein avec un 1605 et ca passe avec un 3Nm

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  • pour les calculs

    - il faut prendre en compte re rendement de la vis à bille (90%) !

    - il faut prendre en compte la perte de couple du moteur selon son régime : à 1800 trs/min, le 3 N.m devient 0,4N.m RE: DIY - Active Pedal façon SimuCube

    - je ferai la supposition que l'on peut négliger l'inertie des pièces

    J'ai pas bien compris ton approche avec la relation sur la course... :rolleyes:

    On calcule l'équilibre des forces statiques :

    Relation entre couple moteur et force sous le pied (si le pied est au niveau de la manivelle) : voir post ci-dessus et wikipedia
    F freinage = Cmoteur x 2 π / pas x 90% x cos θ x ( 1 + R x sin θ / √(L² - R²cos²θ))

    Avec L = 2 x R, on a la relation simplifiée suivante :

    F freinage = Cmoteur x 2 π / pas x 90% x cos θ x ( 1 + sin θ / √(4 - cos²θ))

    Avec θ à 30° :

    F freinage = Cmoteur x 2 π / pas x 90% x 1,11

    F freinage = Cmoteur x 6,27 / pas

    Cmoteur 0,4 N.m et pas 5mm

    F freinage = 500N = 51 kg

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    Message modifié 1 fois, dernière modification par RacingMat (16 mai 2023 à 10:31).

  • calcul vis à bille :

    https://www.boschrexroth.com/ics/cat/content/assets/Online/do/LT_BASA_Calculation_Example_FR_20181009_130156.pdf

    le fonctionnement est dissymétrique car le rendement n'est pas le même selon le sens de la conversion de mouvement.

    pasted-from-clipboard.png

    la force d'avance pour un moteur de 2.39 N.m avec une vis de 5mm de pas est de : 270 Kg

    ///////////////////

    pasted-from-clipboard.png

    et si l'on force axialement sur la vis à bille, on va produire un couple selon cette formule mais avec un rendement de 80% (au lieu de 90%)

    il faut pousser plus de 375kg pour contre-carrer un moteur de 2.39Nm

    ////////////////////

    ça passe bien même pour un freinage de F1 :B

    - La pression exercée par le pilote sur la pédale de freins varie entre 40 et 160 kg.
    - entre 90 à 110kg

    - Lors d’un freinage fort, le pied gauche exerce une force d’environ 125 kg sur la pédale ­(et qui peut monter jusqu’à 160 kg obtenue aussi grâce à la décélération elle-même).

    je ne comprends pas comment LeboisVR faisait reculer son moteur de 4N.m sur son seatmover... un pb d'alim qui ne débitait pas assez derrière le moteur ?

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  • Pour le dimensionnement, c'est toujours le même compromis à trouver entre vitesse et force, comme pour nos simulateurs dynamiques.

    - Soit la pédale est rapide, réactive

    - Soit elle peut exercer des forces élevées

    Mais en plus ici, pour un proto de active pédale, il y a deux autres critères

    - la réversibilité. Plus c'est réversible et plus cela va assurer une transformation entre rotation moteur et descente de la pédale la plus douce possible.

    - la précision (des effets). La grande précision de fabrication des vis à billes va contribuer à donner de la précision.

    En effet pour une pédale active, je pense que le plus intéressant serait de privilégier la sensibilité et la vitesse avant la force brute. La valeur ajoutée n'étant pas de taper dans un mur mais bien de ressentir des effets.

    => Dans ce cas, il faut prendre une vis avec un pas élevé : 10mm plutôt que 5mm.

    L'angle étant 2 fois plus grand, cela a aussi l'avantage d'être encore plus réversible.

    Et la précision n'est pas dépendante du pas (je n'ai rien lu en ce sens), donc on ne perd pas de précision.

    Avec une 1610, reste à vérifier que la force atteinte reste acceptable (pas trop faible tout de même).

    PS : ces arguments de réversibilité et précision excluent les systèmes à vis trapézoïdales (comme le proto de Tristian) au profit des vis à billes.

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  • avec le moteur 80ST-M02430 Servomoteur AC à 2.39N.m à 3000 tr/min

    on est autour de 100kg :)

    S'il y a une différence entre la montée et la descente, c'est à cause de différence de conversion rotation vers linéaire VS linéaire vers rotation (cf post 20)

    pasted-from-clipboard.png

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