使用MPU6050计算方向盘角度

2023-10-09 02:50

本文主要是介绍使用MPU6050计算方向盘角度,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

我给你们作了榜样、叫你们照着我向你们所作的去作。

——【约翰福音13:15】

1.前言

前段时间接到一个项目需求:使用现有的陀螺仪MPU6050实现计算当前车辆的方向盘角度。

2.需求分析

MPU6050可获取三轴角速度和三轴加速度,并通过算法可以获得横滚角、俯仰角、航向角。

方向盘角度旋转会同步引起车轮的角度变化,方向盘旋转角度与车轮角度是一个已知量,可从实际车辆设计中获得,本次需求的车辆中方向盘旋转角度与前车轮的角度关系为:

左转时,方向盘角度范围 0~610°,车轮角度0~28°;

右转时,方向盘角度范围0~720°,车轮角度0~37°。

车辆在行驶时,若方向盘有角度,则一定在某个圆上绕圈,通过查找资料发现,其实每一个轮胎都在各自的圆上绕圈,并且最关键的是 这些圆的圆心在同一个点上,如下图(网上找的):

 按照上图,我们尝试分析,车辆在行驶过程中左转的转弯角度;左前轮和左后轮并圆心组成一个直角三角形,并且很容易看出,转弯角度(左前轮与前进方向的夹角)就是圆心角。

3.相关公式

根据上面的分析,我们可以从角度这个关键点去列出所有相关公式:

  1. A =  610°/28°     //!<方向盘角度与车轮角度的关系,左转比例因子A
  2. S = V * t             //!<圆弧长S = 车速V * 时间t
  3. L = 2π * r           //!<圆周长L = 2π * 半径r
  4. D = |d|                //!<角速度D = 角速度初始值d的绝对值
  5. α = D * t             //!<转弯角度α = 角速度D *时间t
  6. α/360° = S/L      //!<转弯角度α / 圆周角度360° = 圆弧长S / 圆周长L
  7. B/r = sinθ          //!<轴距B / 半径r = sin(车轮角度θ)
  8. P = A *θ             //!<方向盘旋转角度P = 比例因子A * 车轮角度θ

所以 左转时,P = A * arcsin(2π*|d|*B/(V*360°))

同样右转时也可以列出公式,所以要求方向盘角度需要的输入参数为:

比例因子A、角速度D、轴距B、车速V

其中比例因子A为实际车辆的固定值,角速度D可以从MPU6050中获取,轴距B就是车前轮圆心和车后轮圆心的距离,也为实际车辆的固定值,车速V可以实时从整车CAN中获取。

最后使用算法实现以上公式,便可求出当前方向盘角度。

4.结论

将以上算法应用到实际车辆后,实际测试结果均可基本满足测量需求。不过也存在一个缺点,就是当车速为零时,无法计算当前方向盘角度。另外现在新生产的车辆一般都会安装带有角度测量的方向盘,所以以上解决方案可用在后装车辆上。

本篇博文仅作记录。

这篇关于使用MPU6050计算方向盘角度的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



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