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【教程向】DIY方向盘模拟器制作指南

基于6.5寸平衡车轮毂电机DIY方向盘模拟器的教程

背景

8月初的时候刷到了力反馈方向盘的视频，看了下正经厂家的产品都在1k往上了，感觉价格有点偏高了。然后翻了下发现还有DIY的方案，主流有EMC、OpenFFB、FFbeast等方案。EMC项目比较老了；FFbeast教程比较完善，但是不开源，高级版还要付费；OpenFFB倒是比较新，但是相关教程比较少。

最终在FFbeast和OpenFFB之间犹豫许久，还是决定用OpenFFB，但是硬件部分尽量参考FFbeast，用6.5寸平衡车轮毂电机为主体，这主要是因为二手轮毂电机够便宜、扭矩大，做方向盘模拟器性价比高。

硬件

方向盘模拟器主体一般分为以下几个部分：

电机（6.5寸15 极对[30 极]平衡车轮毂电机,用于提供力反馈方向盘的反向旋转力）
角度编码器（用于记录电机的旋转角度，少数电机有自带编码器，但是开关信号的编码器[比如轮毂电机自带的霍尔编码器]不能用，我用的是mt6701磁性角度编码器[配置为 ABZ 增量模式]）
电机驱动板（如果电机是2根线，一般是有刷电机；轮毂电机是三相线，属于无刷电机，我因为参考的FFbeast,用了可以与OpenFFB通讯的Odrive单电机驱动板）
OpenFFB控制板（OpenFFB方案需要，其实如果方案集成度好一点，可以把电机驱动板和控制板合并在一起。参照B站UP关于OpenFFB的视频，用对方群内提供的STM32F407VGT6和固件,后续群内也有了不需要接上拉电阻的固件）
电源（参照电机要求，我这边电机是36V供电的，所以买的二手明纬36V 350w的开关电源，其实这种36V的轮毂电机用24V的电源也可以，其他电机可以问问AI）
其他零零散散的连接组件，比如线材、12R100w刹车电阻（Odrive控制器上用的）、SN65HVD230 CAN收发器模块（用于Odrive驱动板和OpenFFB控制板通讯）

硬件部分和选择的方案关系很大，
比如如果使用FFbeast方案，其实电路板里面只要Odrive驱动板就行，不需要[OpenFFB控制板]和[SN65HVD230 CAN收发器模块]

另外目前咸鱼上好像已经有支持驱动无刷电机的OpenFFB控制板，也相当于是[电机驱动板]和[控制板]的二合一版本（GaiFFB），理论上可以替代[Odrive单电机驱动板]、[OpenFFB控制板] 和 [SN65HVD230 CAN收发器模块]，可惜我整的时候还没这个板子，没有自己测试过。

硬件连接方式

电机和编码器需要被预处理组装：组装过程可以参考我在markerworld这个页面发布的模型，我这边提供的是齿轮传动方案，相较于FFbeast官网穿孔的方案更易操作，免去了在电机的钢轴上穿孔的处理（PS：钻钢轴太超纲了，一般手电钻打不动的，至少得有个大功率台钻）。
Odrive单电机驱动板接线说明：电机和编码器组装处理完成后，将电机供电线、编码器、12R100w刹车电阻、开关电源供电线都按电路板的对应标识连接到[Odrive单电机驱动板]上，
另外can通信线这块把 canH/L、3V3线连接到[SN65HVD230 CAN收发器模块]，GND线连接到[OpenFFB控制板]的GND即可

Odrive单电机驱动板接线

[SN65HVD230 CAN收发器模块]接线说明：
见下图

SN65HVD230 CAN收发器模块接线

[OpenFFB控制板]的接线说明：
注意：如果刷入的是需要上拉信号的固件，则需要把A9连一个10k电阻，再接到3V3的针脚上，控制板连接电脑才能识别；如果刷入的是不需要上拉信号的固件，则不需要接这个。

[OpenFFB控制板]接线背面

[OpenFFB控制板]接完后正面（需要上拉电阻版本）

软件部分

完成以上硬件部分连线后，需要设置软件部分：

Odrive清理历史配置。

注意部分Odrive驱动板发货时可能默认被设置过，直接连电机上电会让电机疯转（飞车）产生危险。因此首次设置前可以先断开电机连接线，擦除历史设置，之后再断电重新接上线，然后正常上电。在终端或命令提示符中通过python安装并运行 odrivetool,连接到驱动板之后，执行以下清理命令：

# 擦除 NVM 存储区域的所有配置

odrv0.erase_configuration()

此时板子会自动重启，等待 odrivetool 自动重新连接上 odrv0

Odrive需要先完成校准。

参考以下AI给的代码配置即可：

# === 1. 电源与制动电阻配置 ===

odrv0.config.dc_bus_undervoltage_trip_level = 10.0

odrv0.config.dc_bus_overvoltage_trip_level = 42.0

odrv0.config.brake_resistance = 12.0 # 写入 12.0 欧姆刹车电阻

# === 2. axis0 电机参数 (36V 15极对数毂电机) ===

odrv0.axis0.motor.config.motor_type = 0 # MOTOR_TYPE_HIGH_CURRENT

odrv0.axis0.motor.config.pole_pairs = 15 # 15 极对数

odrv0.axis0.motor.config.current_lim = 10.0 # 电流上限 10A

odrv0.axis0.motor.config.calibration_current = 3.0 # 标定电流 3A

odrv0.axis0.motor.config.resistance_calib_max_voltage = 4.0

# === 3. axis0 编码器参数 (MT6701 ABZ 模式，实测 2048 CPR) ===

odrv0.axis0.encoder.config.mode = 0 # ENCODER_MODE_INCREMENTAL

odrv0.axis0.encoder.config.cpr = 2048 # 实测 2048 CPR

# 使用 Z 相索引线

odrv0.axis0.encoder.config.use_index = True

# 设置寻 Z 相时的转速（单位：转/秒，设小一点，如 2 转/秒，便于准确抓取 Z 脉冲）

# 寻找 Z 相的方向（1 为顺时针，-1 为逆时针）

odrv0.axis0.config.calibration_lockin.direction = 1

odrv0.axis0.encoder.config.calib_scan_omega = 2.0 # 降低扫描速度，防止突发卡停

# === 4. 控制器安全保护 ===

odrv0.axis0.controller.config.vel_limit = 5.0 # 限制最高转速 5 turns/s

odrv0.axis0.controller.config.vel_limit_tolerance = 2.0 # 允许超过 vel_limit 的 2 倍后报 OVERSPEED 保护

# 保存基础参数

odrv0.save_configuration()

odrv0.reboot()

等待重连后，按顺序下发标定并确认标志位

# 1. 触发电机标定（听 2 秒微弱蜂鸣声）

odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_MOTOR_CALIBRATION

# 确认命令, 必须返回 True。

print(odrv0.axis0.motor.is_calibrated)

# 2. 触发寻 Z 相, 电机开始单向慢速旋转。只要 MT6701 的 Z 信号线接线正常，旋转不到一圈就会抓到 Z 脉冲并自动停止

odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_ENCODER_INDEX_SEARCH

# 停止后打印确认, 必须返回 True

print("是否找到 Z 相:", odrv0.axis0.encoder.index_found)

# 3. 触发编码器偏置标定（顺时针与逆时针各慢速转一圈）

odrv0.axis0.requested_state = AXIS_STATE_ENCODER_OFFSET_CALIBRATION

# 确认命令, 必须返回 True。

print(odrv0.axis0.encoder.is_ready)

# 确认状态均返回 True 后，锁存预标定标志位并存 Flash

# 1. 标记已被预标定

odrv0.axis0.motor.config.pre_calibrated = True

odrv0.axis0.encoder.config.pre_calibrated = True

# 2. 打印验证（此时必然成功返回 True！）

print("Motor Pre-calibrated:", odrv0.axis0.motor.config.pre_calibrated)

print("Encoder Pre-calibrated:", odrv0.axis0.encoder.config.pre_calibrated)

# 3. 保存并重启

odrv0.save_configuration()

odrv0.reboot()

配置 ODrive 开机自动寻零与自动闭环

# 1. 禁用开机电感/相阻标定与偏置扫描（已预标定，不再需要）

odrv0.axis0.config.startup_motor_calibration = False

odrv0.axis0.config.startup_encoder_offset_calibration = False

# 2. 开启开机自动寻找 Z 相 (Index Search)

odrv0.axis0.config.startup_encoder_index_search = True

# 3. 找到 Z 相后，自动切入闭环控制 (Closed Loop)

odrv0.axis0.config.startup_closed_loop_control = True

# 4. 设置安全开机默认控制模式（直驱方向盘推荐：力矩模式，初始力矩 0.0）

odrv0.axis0.controller.config.control_mode = 1 # 1: TORQUE_CONTROL

odrv0.axis0.controller.config.input_mode = 1 # 1: PASSTHROUGH

odrv0.axis0.controller.input_torque = 0.0 # 初始输出力矩归零，安全待命

# 5. 配置 CAN 通讯参数 (Axis0 Node ID = 0)

odrv0.config.enable_can_a = True

odrv0.axis0.config.can_node_id = 0

# 打印当前 CAN 总线配置参数，CAN 总线波特率默认250000，且不允许更改

print(odrv0.can.config)

# 打印 Axis0 的 CAN 配置参数

print(odrv0.axis0.config.can)

# 5. 保存并重启

odrv0.save_configuration()

odrv0.reboot()

离线上电物理效果验证

完成上述配置后，可以拔掉Odrive的 USB 数据线（完全离线）：

切断 36V 母线电源，等待 ODrive 板上指示灯熄灭。
重新接通 36V 电源。
观察物理现象：
上电瞬间，电机自动单向慢速转动不到一圈（触发 MT6701 Z 脉冲）。
抓到 Z 脉冲后，电机瞬间停止旋转。
此时 ODrive 已自动切入闭环锁死状态（state == 8），电机力矩待命，无需电脑和 USB 干预！

先断开Odrive电源，再开始openFFB设置。

OpenFFBoard Configurator 上位机软件, 从 github这边获取

将 OpenFFBoard (STM32F407) 通过 USB 插上电脑，打开 OpenFFBoard Configurator。

点击左侧导航栏的 Axis 0（主轴设置）-Motor Driver（电机驱动）：下拉菜单选择 ODrive (CAN)。
CAN Baudrate（波特率）：选择 250k（必须与 ODrive 端一致）。
Node ID：填入 0（匹配 axis0.config.can_node_id = 0）。
点击右下角 Save to Flash 保存设置。
断开Odrive和openFFB电源。

初始化联调。

启动与通电顺序

由于系统使用带 Z 相的增量式编码器，启动顺序极度严格，必须绝对遵守以避免正反馈飞车甩盘：

切断 Odrive 和 OpenFFBoard: 确保 Odrive 和 STM32F407 的 USB 未插电脑，未供电。
飞车预警：注意由于我们使用了2：1的齿轮，所以打一圈方向会有2个 Z 脉冲点位，默认上电回中操作会找最近的一个 Z 脉冲点位，但是openffb只识别这2个点位的其中一个，如果恰好上电后是停在另一个点位，会导致方向盘疯转，进入飞车状态。针对这个问题，可以重新全部断电，然后将方向盘转到另一个 Z 脉冲点位附近，然后重复下面的步骤。
ODrive 动力上电: 保障电机周围没有障碍物，开启 ODrive 的 36V 动力电源。
现象: 电机通电后会自动缓慢旋转一小段距离，捕获到 Z 脉冲后瞬间停顿锁死。
连接 OpenFFBoard: 在电机完全静止后，再插入 OpenFFBoard 的 USB 连接线，小心，此时有可能方向盘疯转，进入飞车状态。
飞车处理: 如果出现飞车，一般有2种可能：
一是上面说的Z 脉冲点位问题；
另一个是OpenFFBoard下发反向了，可以尝试OpenFFBoard Configurator的Axis 0配置里找到 Invert Motor Direction（或者 Invert Axis/Driver），更改其当前状态（勾选变取消，取消变勾选）
正常表现现象: 方向盘呈现带有平顺回中力或阻尼手感的状态。