Моделирование работы автоматической трансмиссии в играх

Как эмулируют работу автоматической трансмиссии в игровых симуляторах?

Автоматические трансмиссии – невероятно увлекательная технология. Ручные коробки передач в наши дни используются на трековых соревнованиях, в то время как большая часть развивающегося мира переходит на парк, который в основном состоит из автоматики.

Даже приверженцы механических трансмиссий признают, что автоматика более эффективна — с ней быстрее и проще управляться, чем с ручными коробками. Также никто не будет спорить о том, что стандарт АКПП намного веселее и интереснее аналога, который требует ручного переключения.

Как работает автоматика

Передачи существуют из-за технических, технологических ограничений в двигателе внутреннего сгорания. Мотор имеет несколько узких диапазонов RPM, где выполняет одну из трех функций:

• выдает наибольшую мощность,
• генерирует крутящий момент;
• становится наиболее эффективным в части расхода топлива.

Различные передачи в коробке позволяют агрегату работать на скорости, идеально подходящей для конкретных условий движения, находясь в пределах узких диапазонов оборотов.

Наиболее интересный момент в автоматических трансмиссиях – это график переноса. Другими словами, на какой скорости переключить передачу вверх или вниз. Большинство игр не реализуют по-настоящему автоматический режим.

Автомобили оснащены механической коробкой передач, а «автоматический» режим – это помощь водителю в переключении режимов. Логика тут проста — когда двигатель близок к «красной линии» или перегреву, происходит автоматический переход на повышенную передачу.

При замедлении понижающая передача включается при максимально возможных оборотах двигателя, не превышающих предельные показатели на предыдущей передаче. Но этот алгоритм совсем не похож на то, что происходит в реальной жизни с автомобилем, оснащенным автоматической коробкой. Это детально проработанная система, которая самостоятельно адаптируется к условиям движения.

Как работает автоматическая трансмиссия

Концепция «автомата» основана на следующем — чем сильнее водитель нажимает на педаль газа, тем с большим запозданием открывается дроссельная заслонка. Например, если ехать медленно в городе, нужно немного энергии от двигателя для ускорения. Поэтому нет смысла использовать весь диапазон оборотов на первых нескольких передачах, чтобы ускориться. Тут работа мотора ориентирована на экономию топлива. При этом переключение скорости в начале диапазона RPM максимизирует эффективность силового агрегата.

Автомобили, оснащенные АКПП, стремятся к работе на самой высокой передаче, что позволяет двигателю работать в оптимальном диапазоне. Но высокие скоростные режимы обеспечивают менее динамичное ускорение на низких оборотах.

Если педаль газа утоплена в пол, то автомобиль будет набирать скорость так, чтобы использовать весь диапазон оборотов двигателя до достижения красной линии. Это максимизация производительности и предотвращение провала, который случится на более высокой передаче при несвоевременном переходе на нее.

Другой момент – кратковременное нажатие на педаль газа. Тут автомобиль сначала наберет высокую скорость и для экономии топлива задействует повышенные режимы работы. Но, если педаль газа нажата жестко, трансмиссия перейдет на пониженные передачи, чтобы попасть в диапазон RPM, подходящий для лучшей производительности.

Современная автоматика отличается продвинутой компоновкой, учитывает множество факторов перед приятием решения о переключении передач. Например, оценивается угол уклона холма, чтобы ускорить автомобиль на крутом склоне или обеспечить торможение двигателем при спуске.

Каждый производитель АКПП реализует свои собственные уникальные алгоритмы и системы, хотя приведенные выше концепции работы, как правило, остаются неизменными.

Автоматика в играх

Трудно найти компьютерные игры, которые правильно моделируют работу автоматической трансмиссии. Среди сотен проектов только несколько создали правдоподобный алгоритм.

По общему признанию геймерского сообщества, это не важный аспект в гонках, так как большинство машин используют ручные трансмиссии для лучшего контроля дорожной ситуации. Но многие игры включают модели автомобилей, доступных широкой публике, поэтому кажется странным, что отсутствует такая детализация.

Для лучшего понимания расхождений с реальностью следует проанализировать несколько игр, симуляторов, продемонстрировать, как они обрабатывают и имитируют работу автоматической трансмиссии. Этот виртуальный анализ сравнится с действием наиболее распространенного типа АКПП, основанного на гидротрансформаторе.

Тест

Для сравнения разработан тест, который продемонстрирует возможности каждой игры, симулятора при моделировании поведения автоматической коробки передач. Он покажет поведение графика автоматического переключения. Алгоритм работает на таких условиях:

• автомобиль медленно движется в пределах городского скоростного режима. Ожидается, что трансмиссия начнет ранние переключения для экономии топлива.
• достигнув скорости 70 км/ч, дроссель будет полностью утоплен в пол. Это должно инициировать удар, при котором коробка выбирает самую низкую передачу для максимального ускорения;
• во время набора скорости автомобиль должен переходить только на повышенные передачи при максимальных оборотах, чтобы форсировать ускорение;
• на 120 км/ч педаль газа будет полностью отпущена. На этом этапе коробка переключается на более высокую передачу для экономии топлива.

Отмечаются и другие варианты поведения, которые являются типичными для автоматических трансмиссий, основанных на гидротрансформаторе:

• проскальзывание при ускорении благодаря преобразователю крутящего момента и результирующему умножению крутящего момента;
• медленное движение вперед, когда тормоз отпущен.
• плавное переключение между шестернями без рывков в процессе перехода с одной передачи на другую.

Каждый тест будет демонстрировать возможности игр.

Live for Speed

Это гоночный симулятор с точной, проработанной физикой, которая понравится даже перфекционистам. Управление автомобилем кажется таким же правильным, впечатляет достижение автомобилем скоростного предела. Несмотря на то, что это уже далеко не новый проект, немногие гоночные симуляторы могут похвастаться реалистичностью управления Live for Speed.

Смотрите также: Топ-8 легендарных компьютерных гонок

Но игра не моделирует поведение АКПП. Скорее, воспроизводит «автоматический» режим. Это переключение передач идеально для максимальной производительности, а не для эффективного расхода топлива.

Тут переключение происходит только при достижении красной линии, в то время как при замедлении передача понижается максимально быстро, чтобы можно было сразу использовать торможение двигателем. Такое переключение передач отлично подходит для гонок, поскольку предсказуемо, но совершенно не годится для экономии топлива в автомобиле, заточенном под городское движение.

Пользователь форума LFS под псевдонимом «tigerboyz» создал мод, который имитирует график автоматического переключения передач. Но он в полной мере не воспроизводит работу автомата.

Отсутствует ощущение гидротрансформатора, не моделируется алгоритм перехода на разные режимы при наборе и сбросе скорости. Мод использует алгоритм ручной коробки передач, осуществляет переключения в точках, где бы это сделал «автомат».

Enthusia

Этот симулятор первым правильно сымитировал работу АКПП. Стоит отметить, что игра стала коммерчески неудачной отчасти из-за сложности, связанной с точной динамикой вождения и конкуренцией со стороны гораздо более популярного проекта – Gran Turismo 4. Поэтому обеспечение физической копии стало чрезмерно дорогостоящим.

Enthusia много внимания уделяет манипуляциям по переключению передач. Но переходы выглядят так, словно они используются для преобразователя крутящего момента, хотя и агрессивного.

Переключения не происходят, шестерни удерживаются слишком долго. Это почти так, как если бы игра имитировала режим «Спорт» или «Второй диапазон», который введен в некоторые автомобили для придания вождению спортивного стиля. Такой режим переключается на более высокие обороты для придания педали газа большей чувствительности, позволяет в широком диапазоне использовать торможение двигателем.

Интересно отметить, что при замедлении переход на пониженную передачу осуществляется так, чтобы поддерживать производительность мотора. Другими словами, по мере того, как автомобиль замедляется, начинается использование торможения двигателем для замедления машины. В реальности этого не происходит, переключение осуществляется, только когда автомобиль значительно замедлился или во время «удара» по педали газа.

Игра позволяет выбирать «ручную» или «автоматическую» трансмиссию перед гонкой. В автомобилях с АКПП переключаются режимы искусственным интеллектом, подчеркивая, что автомобиль не содержит алгоритма взаимодействия сцепления и передач. Игра также имитирует CVT и показывает, что это только приближенный к реальному алгоритм работы роботизированной коробки.

Презентация действительно качественно сделана для гоночной игры. Особенно впечатляет реалистичное вступление и живая музыка. Еще один плюс – широкий выбор классов автомобилей. Это не только стандартные, дорожные и гоночные модели, но и минивэны, гибриды, внедорожники. Такой модельный ряд привлекателен для фанатов транспортных средств различной спецификации.

City Car Driving (Городское автомобильное вождение)

Российская форвард-разработка предлагает совсем другой подход к моделированию вождения. Это точная симуляция повседневного управления автомобилем. Вместо того, чтобы тестировать возможности машин на жесткой гоночной трассе, водитель застрянет в дождь, будет скользить по шоссе, надев ремень безопасности.

Хотя динамика движения не самая точная и привлекательная, эмулятор подходит для отработки неторопливых темпов управления, известных большинству городских водителей. Модели трафика тут имитируют реальность с нетерпеливыми владельцами авто, которые меняют полосы без подачи сигналов и другими действиями провоцируют аварийные ситуации.

Но что будет, если сесть за руль виртуального автомобиля, оборудованного «автоматом»? Симуляция АКПП впечатляет. Тут есть плавные переходы, график переключения и стремление к умножению крутящего момента. Все реалистично, даже при освобождении педали тормоза в движении. В симуляторе немного наворотов, это хороший инструмент для обучения управлению автомобилем, чтобы познакомить новичков с ощущением скорости и проблемами городского движения.

BeamNG.drive

Это невероятно реалистичная физика катастроф. BeamNG.drive показывает, насколько хорошо можно моделировать динамику движения даже без заранее подготовленных поведенческих алгоритмов. В BeamNG.drive механика основывается на фактической работе узлов и комплектующих: трансмиссии, шин, подключена и аэродинамика. Хотя это не самый точный имитатор вождения, механики здесь невероятно убедительны.

BeamNG.drive car roaster фокусируется на автомобилях, ориентированных для повседневного вождения, а не на производительных спорткарах. В результате, машины могут оснащаться автоматикой, CVT и механическими коробками передач.

Из всех тестируемых симуляторов BeamNG.drive – явный победитель в части имитации автоматики, основанной на преобразователе крутящего момента. От медленного ускорения из-за умножения последнего до плавного перехода на пониженную или повышенную передачу симулятор обеспечивает наиболее реалистичное ощущение вождения автомобиля с автоматической коробкой передач.

Тут ощущается управление обычной машиной в городе. Даже при нажатии педали акселератора заметна задержка в наборе скорости. Это впечатляет, как и количество вариантов, имитирующих разные виды трансмиссий и режимов вождения:

• высокоточные преобразователи крутящего момента;
• CVT;
• трансформаторы;
• автоматические трансмиссии с двойным сцеплением;
• выбор спортивного режима;
• ручное управление автоматической коробкой передач.

Каждая из вышеперечисленных опций моделируется предельно реалистично. Если нужно отточить навыки вождения, то BeamNG.drive – отличный вариант.

Вывод

Этот тест еще раз подтвердил, что игровые технологии, симуляторы не могут полностью реализовать механику автоматических трансмиссий. В то же время эксперимент показал, как много внимания уделяется деталям, которые действительно важны для имитации работы АКПП.

Точность – это то, что действительно ценится. Немногие разработчики игр идут на создание замысловатых деталей реальности. И такому решению есть логическое объяснение. Ведь не каждому геймеру понравится управление, сохранившее все особенности реальности.

Но стоит понимать, что представленные выше симуляторы — не венец творения в сфере виртуальных технологий, и имитаторы несомненно станут лучше, реалистичней и удобней.

Автор: Сергей Василенков