ForZero

ForZero

Sterownik fizycznego zestawu wskaźników Audi A4 B6, pozwalający wyświetlać telemetrię z Forza Horizon 6 przy użyciu STM32, CAN, USB i autorskiej aplikacji Qt.

ForZero powstał jako próba wykorzystania fizycznego zestawu wskaźników jako elementu stanowiska simracingowego. Projekt obejmuje rozpoznanie sposobów sterowania licznikiem, zaprojektowanie i uruchomienie własnej PCB, firmware mikrokontrolera oraz aplikację komputerową.

Film prezentujący projekt

Obejrzyj film na YouTube

Możliwości

• Wyświetlanie prędkości i obrotów silnika na fizycznym liczniku.
• Sterowanie wskazaniami poziomu paliwa i temperatury płynu chłodzącego.
• Obsługa wybranych kontrolek i komunikatów ostrzegawczych.
• Przybliżona symulacja stanów ABS, TCS i AIRBAG oraz temperatury płynu chłodzącego na podstawie dostępnej telemetrii.
• Odbiór danych UDP z gry i przesyłanie przetworzonych wartości do sterownika przez USB VCP.
• Pomiar opóźnień komunikacji na podstawie potwierdzeń wykonania ramek.
• Zerowanie prędkości i obrotów po 500 ms bez poprawnej ramki danych.

Gra nie udostępnia bezpośrednio wszystkich odwzorowywanych stanów. Algorytmy symulacji kontrolek i temperatury służą do przybliżonego odtworzenia ich zachowania; nie są modelami fizycznymi układów pojazdu.

Jak to działa

Gra wysyła telemetrię przez UDP. Aplikacja Qt odbiera i parsuje pakiety, wykonuje dodatkową logikę oraz przesyła dane przez USB VCP do STM32F105. Mikrokontroler generuje sygnały elektryczne wymagane przez zestaw wskaźników.

Badany licznik wykorzystuje kilka różnych sposobów sterowania:

Wskazania paliwa i temperatury skalibrowano eksperymentalnie. Zmierzone charakterystyki opracowano z wykorzystaniem interpolacji PCHIP w MATLAB-ie.

Sprzęt

• Autorska dwuwarstwowa PCB zaprojektowana w KiCad.
• Mikrokontroler STM32F105 z jednoczesną obsługą USB i CAN.
• Transceiver CAN MCP2562 z osobnym zasilaniem interfejsu logicznego.
• Układy emulacji rezystancji oparte na potencjometrze cyfrowym MCP4661, wzmacniaczach operacyjnych i tranzystorach MOSFET.
• Tranzystorowe stopnie sterujące wejściami 12 V licznika.
• Złącze USB-C, zewnętrzne zasilanie 12 V i złącza Molex Micro-Fit 3.0.
• Zabezpieczenie ESD linii USB oraz bezpieczniki polimerowe na liniach zasilania.

Oprogramowanie

Aplikacja PC — C++ / Qt

Aplikacja ma trzy wątki: GUI, odbiór UDP oraz komunikację USB. Oddzielenie komunikacji od interfejsu użytkownika pozwala odbierać telemetrię i obsługiwać sterownik bez wykonywania tych operacji w wątku GUI.

Aplikacja odpowiada za parsowanie telemetrii, symulację wybranych wskazań, przygotowanie ramek dla sterownika i wyznaczanie statystyk opóźnień.

Firmware — C / STM32 HAL

Firmware powstał w STM32CubeIDE z wykorzystaniem bibliotek HAL. Zadania w pętli głównej są wyzwalane zdarzeniowo lub w ustalonych interwałach:

Własny protokół przesyłany przez USB VCP wykorzystuje znaczniki ramki, CRC8, numer sekwencyjny i potwierdzenie wykonania Exec Ack. Parser posiada timeout odbioru, a brak poprawnych danych przez 500 ms powoduje wyzerowanie prędkości i obrotów.

Opóźnienia

Aplikacja mierzy czas przejścia danych w pętli PC–sterownik–PC (RTT), wykorzystując numery ramek i odpowiadające im potwierdzenia. Statystyki obejmują ostatnie 20 000 pomiarów.

W zestawach pomiarowych opisanych w dokumentacji średnie RTT zazwyczaj wynosiło poniżej 1 ms, a P99 poniżej 4 ms. W najbardziej skrajnym zarejestrowanym zestawie P99 osiągnął 17 ms. Są to wyniki przeprowadzonych testów, a nie gwarantowane limity czasowe.

RTT nie jest pomiarem czasu od zdarzenia w grze do mechanicznego wychylenia wskazówki. Poszczególne wyjścia mają własne okresy odświeżania, a licznik dodatkowo filtruje wskazania. Projekt pracuje jako system soft real-time.

Zawartość repozytorium

Uruchomienie

Wymagania

• Zestaw wskaźników zgodny z egzemplarzem wykorzystanym w projekcie.
• Zmontowany sterownik ForZero, przewody połączeniowe i zasilanie 12 V.
• Przewód USB obsługujący transmisję danych.
• Komputer z aplikacją ForZero oraz Forza Horizon 6.
• Do samodzielnego zbudowania oprogramowania: środowisko Qt z kompilatorem C++ oraz STM32CubeIDE.

Kolejność czynności

1. Przy odłączonym zasilaniu połącz sterownik z licznikiem zgodnie ze schematem połączeń w dokumentacji. Uwzględnij numerację pinów obu złączy licznika.
2. Zbuduj firmware z folderu Oprogramowanie sterownika i wgraj go do STM32. Programowanie jest możliwe przez USB z wykorzystaniem wbudowanego bootloadera.
3. Aby wejść w tryb bootloadera: naciśnij RESET, przytrzymując go naciśnij BOOT, zwolnij RESET, a następnie BOOT.
4. Po zaprogramowaniu uruchom sterownik w zwykłym trybie pracy i podłącz zasilanie zestawu.
5. Zbuduj i uruchom aplikację z folderu Aplikacja Qt, a następnie wybierz port COM sterownika.
6. Włącz wysyłanie telemetrii UDP w grze. Ustaw adres IP komputera odbierającego dane oraz port zgodny z konfiguracją aplikacji.
7. Uruchom jazdę i sprawdź odbiór danych oraz działanie wskazań.

Zgodność i ograniczenia

• Projekt sprawdzono z licznikiem Audi A4 B6 RB4 o oznaczeniu 8E0920900H, z monochromatycznym wyświetlaczem FIS. Zgodność z innymi wersjami licznika nie została potwierdzona.
• W badanym egzemplarzu po rozpoczęciu jazdy wskazanie paliwa zmieniało się wyłącznie w dół, z tempem około jednej czwartej skali w ciągu 7–10 minut. Ograniczenie to utrudnia szybkie odwzorowanie zmian poziomu paliwa w grze.
• Kontrolki i komunikaty mają zachowanie wynikające z wewnętrznej logiki licznika. Symulacja ABS nie oznacza pełnej emulacji sterownika ABS ani niezależnego sterowania samą lampką ABS.
• Poziom 12 V dla wybranych wejść kontrolek przyjęto na podstawie testów używanego egzemplarza; nie potwierdzono go dokumentacją producenta.

Dokumentacja

Dokumentacja projektu opisuje pinout licznika, schemat połączeń ze sterownikiem, układy elektroniczne, kalibrację wskazań, protokół USB oraz przeprowadzone testy.

Autor

M.Ratajczak — MikolajDIY