Bachelor's Thesis

Design and implementation of a haptic feedback control unit for racing simulators

Final Thesis 7.54 MB Appendix 122.73 kB

Author of thesis: Matěj Beran

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Ondřej Richter

Reviewer: Ing. Michael Šulc

Abstract:

This thesis focuses on the design and implementation of a haptic feedback system for
a racing simulator environment. The work is focused on processing simulator telemetry
data and generating haptic feedback using external peripherals.
The thesis includes a review of haptic feedback principles, existing systems used in
racing simulators, and communication methods between simulators and external applications.
Based on the defined requirements, the electronics of the control unit, the microcontroller firmware, and an application for receiving and processing telemetry data were
designed. Subsequently, both the hardware and software parts of the system were implemented, including peripherals utilizing a tactile transducer and a pull-type electromagnet
simulating selected driving effects.
The functionality of the system was verified through testing of individual components
as well as the complete assembly under real racing simulator conditions. The test results
confirmed the correct operation of the system and its ability to generate haptic feedback
in real time.

Keywords:

Haptic feedback, racing simulator, sim racing, force feedback, tactile transducer, pull solenoid, telemetry

Date of defence

12.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Při obhajobě student nejprve prezentoval svou bakalářskou práci, následně byly přečteny posudky a student odpovídal na dotazy oponenta. Poté členové komise položili následující otázky: - Používá se systém ABS i u závodních automobilů? - Jak jste myslel využití otáček motoru pro haptickou odezvu? Na závěr byla obhajoba hodnocena jako velmi dobrá.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mechatronics (B-MET-P)

Composition of Committee

doc. Ing. František Šebek, Ph.D. (předseda)
Ing. Petr Procházka, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Petr Krejčí, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Věchet, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Švancara, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Králík, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Ondřej Richter

Závěrečná práce se zabývá vývojem jednotky pro řízení haptické odezvy závodních simulátorů jako cenově dostupné alternativy k plnohodnotným pohyblivým trenažerům.

V první části student představuje různé formy haptické odezvy, existující komerční i open-source řešení, způsoby komunikace se simulátory a definuje požadavky na navrhovanou elektroniku. Rešeršní část poskytuje vhodný základ pro praktickou část práce.

Praktická část se věnuje návrhu desky plošných spojů, výběru hlavních komponent a vývoji firmware a software. Z výsledného řešení je patrné, že student samostatně zvládl návrh elektroniky obsahující i náročnější součástky vyžadující pečlivé zpracování. Součástí práce je rovněž vytvoření PC aplikace pro konfiguraci a ovládání zařízení. Dále student realizoval funkční trenažer s haptickou odezvou ABS a taktilním měničem pro simulaci vibrací vozovky. V kapitole věnované testování bych uvítal grafické zobrazení vstupních podnětů a odpovídajících zásahů systému.

Stanovené cíle byly splněny. Student pracoval samostatně a během řešení prokazoval aktivní přístup. Práci proto hodnotím klasifikačním stupněm B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Michael Šulc

Student se ve své bakalářské práci zabývá návrhem a realizací jednotky pro řízení haptické odezvy určené pro prostředí závodních simulátorů. Cílem práce bylo vytvořit systém schopný zpracovávat telemetrická data simulátoru a na jejich základě generovat haptickou odezvu prostřednictvím externích periferií. Součástí řešení byl návrh elektroniky řídicí jednotky, implementace firmwaru mikrokontroléru, vytvoření řídicí aplikace a realizace periferií simulujících vybrané jízdní efekty.

V teoretické části autor zpracoval přehled základních forem haptické odezvy používaných v prostředí závodních simulátorů a popsal možnosti komunikace mezi simulátorem a externími aplikacemi. Rešeršní část poskytuje dostatečný přehled o řešené problematice a vytváří vhodný základ pro následný návrh systému.

Praktická část práce je zaměřena především na vlastní návrh a realizaci řídicí jednotky. Student navrhl desku plošných spojů, vytvořil pouzdro jednotky, implementoval firmware mikrokontroléru a připravil aplikaci pro příjem a zpracování telemetrických dat.

U konstrukce pedálové nástavby s tažným elektromagnetem by bylo vhodné podrobněji zdůvodnit zvolené mechanické uspořádání. Z textu není zcela zřejmé, proč byl elektromagnet integrován právě tímto způsobem do konstrukce pedálu a zda byly porovnány i jiné varianty, například pevné uložení akčního členu působícího na pedál.

Práce je logicky členěna a po formální stránce je zpracována na dobré úrovni. Text je srozumitelný a doplněný vhodnými obrázky a schématy.

I přes uvedené připomínky považuji práci za zdařilou. Student navrhl, realizoval a otestoval funkční systém, který odpovídá zadání a má potenciál pro další rozšíření. Předloženou bakalářskou práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení B - velmi dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Při návrhu haptické odezvy brzdového pedálu jste zvolil řešení s pohyblivou částí mechanismu. Jaké důvody vedly k této volbě a do jaké míry odpovídá způsob generování pulsací chování brzdového pedálu ve skutečných vozidlech při aktivaci systému ABS?
  2. Uvažoval jste při návrhu řídicí aplikace o možnosti rozšíření systému i na jiné závodní simulátory? Jaké části softwaru by bylo nutné upravit při přechodu na jinou hru poskytující telemetrická data?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová