王健宇 梅耀勻 劉乃渤

摘 要：該剎車系統(tǒng)通過(guò)stm32硬件控制電磁鐵吸引碟剎片來(lái)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，全程一個(gè)按鈕控制，按下剎車，電磁鐵通工作，松開后斷電，電磁鐵消磁回位，簡(jiǎn)易操作，不費(fèi)一絲力氣，老少皆宜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝簡(jiǎn)便，容易檢修，系統(tǒng)老化慢，而且不受環(huán)境的影響，由于是電控剎車，通過(guò)對(duì)stm32的編程，通向電磁鐵的電流能有效控制，所以不會(huì)因?yàn)榫o急剎車而出現(xiàn)意外，提高安全性。材料容易獲取，整套裝置花費(fèi)不了多少，適用各種型號(hào)的電動(dòng)車，會(huì)普及很快。

關(guān)鍵詞：電控制動(dòng); 簡(jiǎn)易操作; 安全性

中圖分類號(hào)：U469.72? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1006-3315（2019）11-200-001

現(xiàn)在的電動(dòng)車多采用轂剎和碟剎兩種制動(dòng)方式，電動(dòng)車剎車的壽命一般只有兩三年，在一般情況下，碟剎比轂剎性能要好，但是也有弊端。首先碟剎的制造成本比漲剎高出不少，生產(chǎn)者很可能為了節(jié)約成本采購(gòu)劣質(zhì)碟剎。劣質(zhì)碟剎在下雨天很容易混進(jìn)沙子、油泥等物質(zhì)，從而影響制動(dòng)效果。其次，即使是合格的碟剎，由于裸露在車身外面，很容易在受力沖擊后發(fā)生變形，使制動(dòng)失效，如果不經(jīng)常檢修，同樣很危險(xiǎn)。

電動(dòng)車一般左手剎后輪，右手剎前輪。即使同時(shí)剎車，兩只手的反應(yīng)也會(huì)有先后，兩只手的力量也會(huì)不一樣，甚至前后剎車本身的制動(dòng)力就不一樣（尤其是前轂后碟剎車系統(tǒng)），這些因素，導(dǎo)致了前后兩輪剎車制動(dòng)不同步，在緊急剎車或者路面濕滑時(shí)，極易發(fā)生甩尾、側(cè)滑等危險(xiǎn)情況。

隨著電子控制技術(shù)集成化程度的提升與發(fā)展，電控制動(dòng)能夠使車輛的制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間、制動(dòng)距離以及舒適度和安全性能都有較大提升，是未來(lái)制動(dòng)技術(shù)發(fā)展的主要方向。

一、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

此系統(tǒng)開創(chuàng)性的把stm32硬件控制技術(shù)與碟剎制動(dòng)技術(shù)巧妙結(jié)合，使用碟剎與電磁鐵相結(jié)合，使剎車變得簡(jiǎn)單，為騎行者節(jié)省了力氣和剎車時(shí)間。它較傳統(tǒng)剎車具有諸多優(yōu)點(diǎn)。此系統(tǒng)具有防抱死功能，在連續(xù)剎車下，不會(huì)造成剎車衰退而使剎車失靈，電磁鐵和剎車盤之間的摩擦面積小，剎車時(shí)產(chǎn)生的熱量很少，散熱性極佳，剎車盤受熱之后尺寸的改變不影響剎車效果，反應(yīng)迅速，可做高頻剎車。由于是電控，因此左右車輪同時(shí)制動(dòng)，不會(huì)損害軸，長(zhǎng)期制動(dòng)效果好，雨天浸水完全不會(huì)受影響，因?yàn)榇判圆皇芩挠绊懀瑒x車裝置沒(méi)有密封，因此剎車磨損的碎屑不會(huì)沉積到剎車上，剎車盤的離心力可以將一切灰塵等污染向外拋出，以維持一定的清潔。且剎車裝置獨(dú)立在外，易安裝和維修，調(diào)試便利，在冬季和惡劣路況下騎車，更可輕易令車停下，在輸出制動(dòng)力矩相同的情況下，其尺寸和質(zhì)量都較小，大大減輕車身負(fù)載。

二、硬件組成及功能

stm32此系統(tǒng)的“大腦”（核心控制模塊），具有電源的轉(zhuǎn)換電流的電路，驅(qū)動(dòng)模塊與電機(jī)構(gòu)成運(yùn)動(dòng)部分，電源通過(guò)轉(zhuǎn)換電路與變壓器將電壓調(diào)整到與stm32的供電電壓相同的電壓。碟剎與電磁鐵構(gòu)成系統(tǒng)制動(dòng)部分具有同時(shí)制動(dòng)與防抱死功能。

1.核心stm32

stm32具有低功耗運(yùn)行和低功耗睡眠兩個(gè)模式，通過(guò)利用超低功耗的穩(wěn)壓器和振蕩器，微控制器可大幅度降低在低頻下的工作功耗。穩(wěn)壓器不依賴電源電壓即可滿足電流要求。stm32還提供動(dòng)態(tài)電壓升降功能，這是一項(xiàng)成功應(yīng)用多年的技術(shù)，可進(jìn)一步降低芯片在中低頻下運(yùn)行時(shí)的內(nèi)部工作電壓。有著遠(yuǎn)超普通單片機(jī)的大容量可在線擦寫的FLASH以及豐富的片上外設(shè)。[1]

2.驅(qū)動(dòng)模塊

直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用LGS公司優(yōu)秀大功率電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片L298N，可直接驅(qū)動(dòng)2路直流電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電流達(dá)2A，電機(jī)輸出端采用高速肖特基二極管作為保護(hù)。該電路線路布線合理，均采用貼元件片，體積小、方便安裝。增加了散熱器，可以承受更大的電流;控制端口由原來(lái)的6個(gè)改為4個(gè)，不但可以節(jié)約控制器端口，而且控制程序也更為簡(jiǎn)單。使用此模塊可以較為輕松地驅(qū)動(dòng)您的機(jī)器人。接線簡(jiǎn)便。

電機(jī)的作用是驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)，通過(guò)配置來(lái)控制其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)， 小車的運(yùn)動(dòng)過(guò)程需要加速和減速， 因此還需進(jìn)行調(diào)速操作。[2]

3.電磁鐵

電磁鐵是通電產(chǎn)生電磁的一種裝置。在鐵芯的外部纏繞與其功率相匹配的導(dǎo)電繞組，這種通有電流的線圈像磁鐵一樣具有磁性，它也叫做電磁鐵（electromagnet）。我們通常把它制成條形或蹄形狀，以使鐵芯更加容易磁化。另外，為了使電磁鐵斷電立即消磁，我們往往采用消磁較快的軟鐵或硅鋼材料來(lái)制作。這樣的電磁鐵在通電時(shí)有磁性，斷電后磁就隨之消失。

我們利用電磁鐵的通電斷電來(lái)控制其與摩擦盤的接觸，達(dá)到剎車的效果，為使此過(guò)程中產(chǎn)生較少的熱量，減少了接觸面積。通過(guò)減少磁性干擾采取了使用較多的無(wú)磁材料并減少了除摩擦盤外與其他具有磁性物體的接觸。

三、軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)硬件設(shè)計(jì)，針對(duì)每一個(gè)硬件進(jìn)行軟件編程，軟件設(shè)計(jì)部分主要有幾大塊組成，控制模塊、運(yùn)動(dòng)模塊、制動(dòng)模塊等?？刂颇K主要負(fù)責(zé)控制單片機(jī)，給單片機(jī)電子信號(hào)，單片機(jī)通過(guò)信號(hào)做出運(yùn)動(dòng)或者制動(dòng)。運(yùn)動(dòng)模塊主要是負(fù)責(zé)控制輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)。制動(dòng)模塊主要起到制動(dòng)效果包括防抱死等。

這套電控剎車系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路清晰，把stm32硬件創(chuàng)新的應(yīng)用在剎車裝置上，運(yùn)用電磁鐵的工作原理來(lái)完成剎車，安全可靠，已在電動(dòng)車上試驗(yàn)，效果理想。

基金項(xiàng)目：基于stm32硬件控制的電動(dòng)自行車電控制動(dòng) 201810144024（大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃資助。）

參考文獻(xiàn)：

[1]陳紅，印春曉，韋金言，王文策，李瑋.基于STM32的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J/OL].電子技術(shù)與軟件工程，2019（09）：56-57[2019-05-14].

[2]李懷宇.基于STM32的避障小車設(shè)計(jì)[J].科技視界，2018（30）：191-193+158