DIY力回馈方向盘

前言

以前用键盘玩欧卡2的时候，就一直想着能有个方向盘那该多美滋滋 :)

有一天在B站刷视频时，无意中看到了UP主：夏叶-XiaYe关于DIY力回馈方向盘的视频，顿时来了兴趣，才有了下文看到的力回馈方向盘 V2.1。

设计图纸

结构设计

力回馈方向盘 V1.0
设计思路	底板为5mm厚的环氧板；主轴使用轴承座固定于环氧板中间位置，左侧为开关电源（220V AC to 12V DC），右侧为旋转编码器、主控板、电机；旋转编码器和电机固定孔预留了左右移动空间，可用于拉紧同步带。
缺点	由于底板为环氧板，材料强度一般，导致拧上螺丝后，板子会发生弯曲变形，放置于桌面也会根据方向盘转向而左右晃动；尺寸也显得 “肥胖” ，占用太多桌面空间。

力回馈方向盘 V2.0
设计思路	底板由环氧板更换为2040铝型材，强度可靠；电机固定于左侧，右侧为主轴与同步轮、旋转编码器；主控板固定于右侧型材靠上的表面，便于使用数据线与电脑进行连接；电源依然为开关电源，但固定方式选择外置，使用DC头连接到主控板上的电机控制板，缩小尺寸。
缺点	主轴为光轴，由于表面光滑，导致同步轮使用顶丝固定后会出现打滑情况；同步带宽度偏窄，方向盘转向手感较差；脚踏板与主控板使用XH2.54接口连接，多次拔插时容易松动。

力回馈方向盘 V2.1
设计思路	由 V2.0 升级优化而来，对尺寸小幅优化；将主控板进行了重新设计，解决 V2.0 “叠汉堡” 式的固定方式；电源未使用开关电源，因为即使外置也略显不优雅，所以选择使用12V 5A笔记本电源，体积小了很多，还可以放在型材之间固定起来。
缺点	暂未发现。

胀紧套转接板 V1.1
设计思路	该转接板为铝基板，用于将方向盘与胀紧套紧固在一起。

硬件设计

电机控制板 V2.0
设计思路	主控板为Arduino Leonardo开发板；电机控制板使用排针上下对插的方式与主控板连接。

力回馈方向盘主控板 V2.1
设计思路	主芯片与电机控制电路全部在一块PCB上，集成度进一步提高；同时优化了主控板与电脑、脚踏板连接方式，解决因反复插拔导致接口松动，提升连接稳定性。

光轴加工图纸 V1.1
设计思路	加入凹槽设计，解决同步轮使用顶丝固定后出现的打滑问题。

脚踏固定板钻孔尺寸图 V1.1
设计思路	该尺寸图为木板钻孔尺寸图，用于固定脚踏板，使用自攻螺丝进行固定。

材料清单

力回馈方向盘 V2.1-BOM

商品名称与链接	数量	备注
力回馈方向盘主控板 V2.1	1	暂未开源，如需工程文件，请联系我👨🏻‍🔧
2040V型材	4+2	264mm *4 211mm *2
MY1016电机	1	24V 300W
旋转编码器	1	脉冲：1000 输出方式：NPN 供电：5V
旋转编码器支架	1	直板
同步轮 3M120齿 BF型	1	光轴使用，槽宽16mm，内孔直径12mm
同步轮 3M20齿 K型	1	电机使用，槽宽16mm，内孔直径8mm
同步轮 3M20齿 K型	1	光轴使用，槽宽11mm，内孔直径12mm
同步轮 3M20齿 BF型	1	旋转编码器使用，槽宽11mm，内孔直径6mm
3M白色聚氨酯PU带钢丝环形接驳同步带	1	电机 <—> 光轴使用，带宽15mm，长度462mm
橡胶同步带	1	旋转编码器 <—> 光轴使用，带宽10mm，长度180mm
直线光轴	1	按照光轴加工图进行加工
立式带座外球面轴承座	2	内径12mm
涨紧套	1	Z11-12X18，将光轴与方向盘连接固定起来
14寸方向盘	1	颜色自选
脚踏板	3	插头类型无要求；如果不需要 离合，可以只买2个
电源适配器	1	12V 5A，输出接口：DC 5.5*2.5mm
脚踏固定木板	1	长：40CM，宽：25CM，厚度：2CM；用于固定脚踏板
防滑垫	1	长：40CM，宽：25CM，厚度：3MM，用于粘贴在脚踏固定板底部，增加摩擦力
自攻螺丝	10	M6*12
C型夹	2	紫罗兰[梅花开口67(侧孔M10)]，将方向盘固定在桌面上

成品示意图

力回馈方向盘 V2.1

下载程序

(待补充…)

配置参数

软件设置

1. 将主控板 V2.1 使用数据线连接电脑，等待主控板上的 TX 灯亮起。
2. 打开 EMC Utility Lite 软件。
3. 点击右上角 齿轮 图标。
4. Encoder — Cpr ：旋转编码器脉冲 * 4。
5. Hbridge — 2PWM + 1DIR。
6. 点击 Save。

功能测试

转向测试

1. 将主控板 V2.1 使用数据线连接上电脑，等待主控板上的 TX 灯亮起。
2. 打开 EMC Utility Lite 软件。
3. 将 Angle 使用鼠标拖到 900°。
4. 将方向盘转到适当位置，鼠标点击 Center。
5. 左转方向盘时，为负度数，右转方向盘时，为正度数。

   第5步如果往左转方向盘为正度数，往右为负度数，需要将旋转编码器的 A/B 信号线互换。

力回馈测试

⚠此测试存在风险，请确保做好一切应急措施（保持安全距离，不要用手紧握方向盘，电机电源可立即关断，或者让其他人协助测试等等），此测试导致的任何后果本人概不负责，请小心谨慎！！！

1. 将主控板 V2.1 使用数据线连接上电脑，等待主控板上的 TX 灯亮起。
2. 将 220V 转 12V 5A 电源适配器插入主板DC母座，波动钮子开关(SW_12V)，当主板上的 DC_12V 灯亮起即可。
3. 打开 EMC Utility Lite 软件。
4. 将 Angle 使用鼠标拖到 900°。
5. 将方向盘转到适当位置，鼠标点击 Center。
6. 一直往左打方向盘，直到度数为 -450° 时，此时电机会给一个反方向的力，阻止度数继续减小；然后一直往右打方向盘，直到度数为 450° 时，此时电机也会给一个反方向的力，阻止度数继续增大，即代表力回馈正常。
   • 步骤1，3不能反着来，否则力回馈测试会没有反应（软件打开时会读取主控板参数，反着来会读不到参数，导致力回馈功能失效）。
   • 当方向盘转到 -450° 或者 450° 时，电机突然转个不停或者转一下卡一下，需要立即断掉电源适配器的供电，并将数据线与电脑拔掉，将主板上 转向控制 的短接帽进行调换，然后重复上述步骤进行测试，直到力回馈正常。

脚踏板测试

1. 将 脚踏板 通过Type-C线插在主板 脚踏板接口 上。
2. 将主控板 V2.1 使用数据线连接上电脑，等待主控板上的 TX 灯亮起。
3. 打开 EMC Utility Lite 软件。
4. 点击 Pedal。
5. 取消勾选 HandBrake ；如果不需要离合功能，需取消勾选 Clutch。
6. 用脚踩踏 油门踏板 ，当 Accel 进度条随着脚越用力踩，进度条越高时，说明 油门踏板 配置正确。
7. 用脚踩踏 刹车踏板 ，当 Brake 进度条随着脚越用力踩，进度条越高时，说明 刹车踏板 配置正确。

   如果步骤6，7测试情况与之结果相反，需要点击对应功能的 Min 或者 Max，然后重复测试，直到结果一致，代表脚踏板功能正常。

特别鸣谢

1. 夏叶-XiaYe ↩
2. EMC Development ↩
3. 嘉立创PCB ↩
4. 嘉立创EDA ↩