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车辆运动模型自动校准程序使用说明

功能概述

本程序实现车辆运动模型的**自动校准**，通过执行预定的测试序列（直线加速、恒速巡航、转向等），同时采集PWM控制信号、GPS位置速度、IMU惯导数据，为后续建立精确运动模型提供数据基础。

安全机制

关键安全开关：SBUS CH8
- CH8 < 1500：允许运行测试
- CH8 ≥ 1500：立即紧急停止，回中PWM

重要：测试过程中，操作员应随时准备将CH8拨到≥1500位置以紧急停止车辆。

启动方式

自动启动（推荐）

将车辆放置在**完全空旷**的场地（至少50m×50m开阔区域）
确保GPS已定位、IMU正常
将遥控器CH8拨到**< 1500**位置（安全允许）
将遥控器CH7拨到**> 1800**位置
程序自动检测到触发条件，开始测试序列

手动启动（备用）

通过UART5发送命令（如果实现了命令接口）或调用MotionCalibration_Start()函数。

测试序列

序号	状态名称	油门PWM	舵机PWM	持续时间	说明
1	WARMUP	1500	1500	2秒	预热，静止检查传感器
2	ACCEL_LOW	1600	1500	3秒	低速加速
3	CRUISE_LOW	1600	1500	5秒	低速巡航
4	REST_1	1500	1500	1秒	间歇停顿
5	ACCEL_MID	1700	1500	3秒	中速加速
6	CRUISE_MID	1700	1500	5秒	中速巡航
7	REST_2	1500	1500	1秒	间歇停顿
8	ACCEL_HIGH	1800	1500	3秒	高速加速
9	CRUISE_HIGH	1800	1500	5秒	高速巡航
10	REST_3	1500	1500	1秒	间歇停顿
11	TURN_LEFT_LIGHT	1600	1600	4秒	轻微左转
12	REST_4	1500	1500	1秒	间歇停顿
13	TURN_RIGHT_LIGHT	1600	1400	4秒	轻微右转
14	REST_5	1500	1500	1秒	间歇停顿
15	TURN_LEFT_HEAVY	1600	1700	4秒	大幅左转
16	REST_6	1500	1500	1秒	间歇停顿
17	TURN_RIGHT_HEAVY	1600	1300	4秒	大幅右转
18	BRAKE	1500	1500	2秒	制动

| 19 | FINISHED | 1500 | 1500 | - | 完成 |

总耗时：约 48秒

数据采集格式

程序以20Hz频率输出数据到UART5（波特率115200），格式为ASCII字符串：

$CAL,seq,time_ms,state,throttle_pwm,steering_pwm,lat,lon,alt,hdg,pitch,roll,gx,gy,gz,ax,ay,az

字段说明

seq：采样序号（从0开始）
time_ms：MCU时间戳（毫秒）
state：当前测试状态名称
throttle_pwm：油门PWM脉宽（微秒）
steering_pwm：舵机PWM脉宽（微秒）
lat：纬度（度，6位小数）
lon：经度（度，6位小数）
alt：高程（米，2位小数）
hdg：航向角（度，2位小数）
pitch：俯仰角（度，2位小数）
roll：横滚角（度，2位小数）
gx,gy,gz：陀螺仪角速度（毫度/秒，整数）
ax,ay,az：加速度计（毫g，整数）

示例

$CAL,0,1234,WARMUP,1500,1500,39.831867,116.280907,47.50,90.00,0.10,-0.05,12,-5,3,0,1,-1000
$CAL,1,1284,WARMUP,1500,1500,39.831867,116.280907,47.50,90.01,0.11,-0.06,13,-4,2,1,2,-999
...

数据记录建议

使用上位机Python脚本记录

import serial
import datetime

port = serial.Serial('COM5', 115200)  # 修改为实际端口
log_file = f"calibration_{datetime.datetime.now().strftime('%Y%m%d_%H%M%S')}.log"

with open(log_file, 'w') as f:
    while True:
        line = port.readline().decode('utf-8', errors='ignore')
        print(line, end='')
        f.write(line)
        f.flush()
        
        if 'FINISHED' in line or 'EMERGENCY' in line:
            break

数据离线分析

保存的.log文件可用于：
1. 绘制速度-时间曲线，拟合加速度/减速度参数
2. 分析转向半径与PWM、速度的关系
3. 识别系统延迟、死区
4. 建立差速/阿克曼转向模型
5. 优化控制器增益（PID参数）

调参指南

可在motion_calibration_task.c中修改以下参数：

PWM档位

#define CAL_PWM_LOW_THROTTLE        (1600U)      // 低速
#define CAL_PWM_MID_THROTTLE        (1700U)      // 中速
#define CAL_PWM_HIGH_THROTTLE       (1800U)      // 高速
#define CAL_PWM_LIGHT_TURN          (1600U)      // 轻转向
#define CAL_PWM_HEAVY_TURN          (1700U)      // 重转向

测试时长

#define CAL_DURATION_WARMUP         (2000U)      // 预热
#define CAL_DURATION_ACCEL          (3000U)      // 加速
#define CAL_DURATION_CRUISE         (5000U)      // 巡航
#define CAL_DURATION_TURN           (4000U)      // 转向
#define CAL_DURATION_BRAKE          (2000U)      // 制动
#define CAL_DURATION_REST           (1000U)      // 间歇

采样频率

#define CAL_TASK_PERIOD_MS          (50U)        // 20Hz采样

注意事项

场地要求：

必须是完全空旷的平坦场地
避免障碍物、人员
GPS信号良好
地面摩擦力均匀

测试前检查：

GPS已定位（卫星数≥8）
IMU数据正常
SBUS信号稳定
电池电量充足

安全操作：

操作员全程监控
随时准备拨动CH8紧急停止
首次测试建议降低PWM档位
建议2-3人协同（1人操作遥控器，1人监控数据，1人现场观察）

重复测试：

建议每种场地条件（干/湿、平/坡）测试3次以上
记录环境信息（温度、风速、地面材质）

故障排查

现象	可能原因	解决方法
无法启动（CH7>1800无反应）	CH8≥1500或SBUS信号丢失	检查CH8位置、SBUS连接
启动后立即停止	CH8被误触或信号干扰	确保CH8<1500且信号稳定
数据LOG中GPS为0	GPS未定位	等待GPS定位，检查天线
车辆不动/PWM无输出	电机驱动器未启动	检查硬件、供电
采样数据不连续	UART5缓冲区溢出	降低采样频率或增大缓冲区

后续数据处理流程

数据预处理：

提取$CAL行
按state分组
时间戳对齐
滤除异常值

特征提取：

加速度：Δv/Δt
转弯半径：v²/(|ω|·v) 或轨迹拟合
响应延迟：PWM变化到速度变化的时滞
死区：最小有效PWM差值

模型拟合：

运动学模型（差速/阿克曼）
动力学模型（质量、惯性、摩擦力）
执行器模型（电机响应、转向比）

参数更新：

将拟合参数更新到motion_config.h
重新编译、测试闭环控制效果

代码占用

Flash: ~6KB（状态机+数据采集逻辑）
RAM: ~1KB（任务栈+缓冲区）
任务优先级：3（低于控制任务，高于空闲任务）

作者与日期

文件：motion_calibration_task.c/h
创建：2025-11-25
版本：v1.0