基于stm32硬件控制的电动自行车电控制动

王健宇 梅耀匀 刘乃渤

摘 要：該刹车系统通过stm32硬件控制电磁铁吸引碟刹片来实现制动，全程一个按钮控制，按下刹车，电磁铁通工作，松开后断电，电磁铁消磁回位，简易操作，不费一丝力气，老少皆宜，结构简单，安装简便，容易检修，系统老化慢，而且不受环境的影响，由于是电控刹车，通过对stm32的编程，通向电磁铁的电流能有效控制，所以不会因为紧急刹车而出现意外，提高安全性。材料容易获取，整套装置花费不了多少，适用各种型号的电动车，会普及很快。

关键词：电控制动; 简易操作; 安全性

中图分类号：U469.72            文献标识码：A    文章编号：1006-3315（2019）11-200-001

现在的电动车多采用毂刹和碟刹两种制动方式，电动车刹车的寿命一般只有两三年，在一般情况下，碟刹比毂刹性能要好，但是也有弊端。首先碟刹的制造成本比涨刹高出不少，生产者很可能为了节约成本采购劣质碟刹。劣质碟刹在下雨天很容易混进沙子、油泥等物质，从而影响制动效果。其次，即使是合格的碟刹，由于裸露在车身外面，很容易在受力冲击后发生变形，使制动失效，如果不经常检修，同样很危险。

电动车一般左手刹后轮，右手刹前轮。即使同时刹车，两只手的反应也会有先后，两只手的力量也会不一样，甚至前后刹车本身的制动力就不一样（尤其是前毂后碟刹车系统），这些因素，导致了前后两轮刹车制动不同步，在紧急刹车或者路面湿滑时，极易发生甩尾、侧滑等危险情况。

随着电子控制技术集成化程度的提升与发展，电控制动能够使车辆的制动响应时间、制动距离以及舒适度和安全性能都有较大提升，是未来制动技术发展的主要方向。

一、系统总体设计

此系统开创性的把stm32硬件控制技术与碟刹制动技术巧妙结合，使用碟刹与电磁铁相结合，使刹车变得简单，为骑行者节省了力气和刹车时间。它较传统刹车具有诸多优点。此系统具有防抱死功能，在连续刹车下，不会造成刹车衰退而使刹车失灵，电磁铁和刹车盘之间的摩擦面积小，刹车时产生的热量很少，散热性极佳，刹车盘受热之后尺寸的改变不影响刹车效果，反应迅速，可做高频刹车。由于是电控，因此左右车轮同时制动，不会损害轴，长期制动效果好，雨天浸水完全不会受影响，因为磁性不受水的影响，刹车装置没有密封，因此刹车磨损的碎屑不会沉积到刹车上，刹车盘的离心力可以将一切灰尘等污染向外抛出，以维持一定的清洁。且刹车装置独立在外，易安装和维修，调试便利，在冬季和恶劣路况下骑车，更可轻易令车停下，在输出制动力矩相同的情况下，其尺寸和质量都较小，大大减轻车身负载。

二、硬件组成及功能

stm32此系统的“大脑”（核心控制模块），具有电源的转换电流的电路，驱动模块与电机构成运动部分，电源通过转换电路与变压器将电压调整到与stm32的供电电压相同的电压。碟刹与电磁铁构成系统制动部分具有同时制动与防抱死功能。

1.核心stm32

stm32具有低功耗运行和低功耗睡眠两个模式，通过利用超低功耗的稳压器和振荡器，微控制器可大幅度降低在低频下的工作功耗。稳压器不依赖电源电压即可满足电流要求。stm32还提供动态电压升降功能，这是一项成功应用多年的技术，可进一步降低芯片在中低频下运行时的内部工作电压。有着远超普通单片机的大容量可在线擦写的FLASH以及丰富的片上外设。[1]

2.驱动模块

直流电机驱动器采用LGS公司优秀大功率电机专用驱动芯片L298N，可直接驱动2路直流电机，驱动电流达2A，电机输出端采用高速肖特基二极管作为保护。该电路线路布线合理，均采用贴元件片，体积小、方便安装。增加了散热器，可以承受更大的电流;控制端口由原来的6个改为4个，不但可以节约控制器端口，而且控制程序也更为简单。使用此模块可以较为轻松地驱动您的机器人。接线简便。

电机的作用是驱动轮运动，通过配置来控制其运动状态， 小车的运动过程需要加速和减速， 因此还需进行调速操作。[2]

3.电磁铁

电磁铁是通电产生电磁的一种装置。在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性，它也叫做电磁铁（electromagnet）。我们通常把它制成条形或蹄形状，以使铁芯更加容易磁化。另外，为了使电磁铁断电立即消磁，我们往往采用消磁较快的软铁或硅钢材料来制作。这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失。

我们利用电磁铁的通电断电来控制其与摩擦盘的接触，达到刹车的效果，为使此过程中产生较少的热量，减少了接触面积。通过减少磁性干扰采取了使用较多的无磁材料并减少了除摩擦盘外与其他具有磁性物体的接触。

三、软件设计

根据硬件设计，针对每一个硬件进行软件编程，软件设计部分主要有几大块组成，控制模块、运动模块、制动模块等。控制模块主要负责控制单片机，给单片机电子信号，单片机通过信号做出运动或者制动。运动模块主要是负责控制轮子的转动。制动模块主要起到制动效果包括防抱死等。

这套电控刹车系统设计思路清晰，把stm32硬件创新的应用在刹车装置上，运用电磁铁的工作原理来完成刹车，安全可靠，已在电动车上试验，效果理想。

基金项目：基于stm32硬件控制的电动自行车电控制动 201810144024（大学生创新创业训练计划资助。）

参考文献：

[1]陈红，印春晓，韦金言，王文策，李玮.基于STM32的室内环境监测系统的设计与开发[J/OL].电子技术与软件工程，2019（09）：56-57[2019-05-14].

[2]李怀宇.基于STM32的避障小车设计[J].科技视界，2018（30）：191-193+158