平衡车为什么高速会啸叫？FOC固件 hoverboard-firmware-hack-FOC 完整解析
【免费下载链接】hoverboard-firmware-hack-FOCWith Field Oriented Control (FOC)项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/ho/hoverboard-firmware-hack-FOC
你有没有遇到过这种情况：平衡车一蹬出去就嗡嗡作响，提速后噪音还一阵一阵地跳。这是梯形换相"一次倒相 60 度"驱动的固有结果。hoverboard-firmware-hack-FOC 是一套写给原厂主板的 FOC 固件，用场定向控制（Field Oriented Control）连续地控制无刷电机的相电流，平衡车改装不需要换任何硬件就能完成。
这是标准 8 寸平衡车拆出来的轮毂电机：外圈铜线是定子绕组，中间的 PCB 是提供角度信息的霍尔传感器板。FOC 固件不改动电机和主板的任何硬件，只改变相电流的驱动方式。
原厂的嗡嗡声从哪来
原厂固件走的是梯形换相：根据霍尔信号在 6 个固定导通状态里选一个，被选中的两相直接灌满电压，相电流接近方波。方波电流和旋转磁场对不齐，转矩被周期性地拉扯，这就是低速嗡声、高速啸叫的来源，也是顿挫感的物理原因。
换成 FOC 之后，电流相位平滑地跟踪转子，转矩不再一跳一跳。项目自带的对比表（README 中的 comparison table）里，梯形换相在效率和平顺度两栏都是最低档，且没有 field weakening 能力；FOC 各项基本拉满。这不是主观评价，是控制结构决定的：方波驱动本身就有转矩脉动，而连续电流矢量没有。
16 kHz 电流环在做什么
FOC 的数据流可以一句话概括：输入 = 电流采样 + 霍尔角度 → 处理 = 坐标变换 + 双轴 PI 电流环 → 输出 = 三相 PWM 占空比。
- 输入：DMA 中断按 16 kHz 节拍触发，每次采两相相电流和直流母线电流，同时读 3 路霍尔信号，见
Src/bldc.c。 - 处理：调用
BLDC_controller_step（Simulink 生成的控制器代码），先做 Clarke 变换，再 Park 变换把电流拆到转子坐标系的 Id/Iq 两轴，两个 PI 电流调节器各出一路电压指令，限幅后反变换回三相。 - 输出：三个占空比直接写入定时器比较寄存器（
LEFT_TIM_U/V/W），下一 PWM 周期桥臂立刻执行。
这张图把平衡车电机的结构摊开了看：27 槽 30 极、三相绕组星形连接，Hall A/B/C 相隔 120 度排布。固件里所有坐标变换的起点，就是这几路霍尔信号给出的转子角度。
三种控制模式怎么选
你得到：电机特性可以按使用场景切换——要恒定巡航就锁转速，要直接动力感就下扭矩指令，要快速响应就开电压模式，全程不换硬件。
靠什么实现：config.h里的CTRL_MOD_REQ一个参数切换，前提是CTRL_TYP_SEL设为 FOC：
VLT_MODE（电压模式）：直接给电压指令，响应最快，适合机器人等需要快速启停的应用；SPD_MODE（速度模式）：闭环锁定目标 RPM，坡道等阻力扰动会被控制器自动补偿，适合恒速巡航；TRQ_MODE（扭矩模式）：直接给扭矩指令，目标为 0 时电机自由滑行，适合有人骑乘、松手即减速的场景。
注意：SPEED 和 TORQUE 两种模式是 FOC 独有，梯形换相和正弦控制都没有。
自带的保护机制有哪些
你得到：参数调得激进也不会炸管，过流和超速有两层兜底，电池和板温也有底线。
靠什么实现：
- 第一层：
I_MOT_MAX（默认 15 A）在控制器内部限制电机相电流，N_MOT_MAX（默认 1000 rpm）限制最高转速； - 第二层：直流母线电流超过
I_DC_MAX时直接关闭 PWM 输出（current chopping），物理上断流； - 其余：电池欠压逐级报警直至关断（
BAT_DEAD）、板载过温保护（需先校准传感器）、输入信号超时 20 个错误周期即紧急停机。
用 field weakening 拉高极速
你得到：不换电机、不换驱动板，把极速上限往上顶一截。
靠什么实现：电机转速升高时反电动势吃掉了大部分母线电压，电压不够用。开启FIELD_WEAK_ENA后，当输入目标超过FIELD_WEAK_LO，固件在 d 轴注入去磁电流，随输入线性增大到FIELD_WEAK_HI处达到FIELD_WEAK_MAX（默认 5 A，10 寸轮实测到 10 A），压低反电动势、腾出电压裕量。
三条曲线对应不同的 Lo/Hi 标定：左边从低输入就开始削弱（最激进），右边接近满输入才启用（最保守）。
注意：项目方明确警告，重新标定 field weakening 时电机可能转得极快，功耗大幅上升，可能触发电池 BMS 的过压保护。务必有人看管、低速环境里做。
平衡车改装上手三步：刷 FOC 固件
准备什么
- 一块标准平衡车主板：STM32F103RCT6 或兼容的 GD32F103RCT6，两种都支持；
- 一个 ST-Link（项目 PlatformIO 配置里
upload_protocol就是stlink），或者直接用仓库自带的 Keil 工程（MDK-ARM 目录）。
这是原厂主板的引脚图：右侧标有 SWD 刷写口（SWCLK/SWIO，只允许 3.3 V），电机相电流采样、霍尔接口也都有标注，改线时可以直接对照。
怎么刷
- 获取源码：
git clone https://gitcode.com/GitHub_Trending/ho/hoverboard-firmware-hack-FOC - 选输入 variant：在 platformio.ini 中放开对应
[env:...]（电位器 ADC、串口 USART、遥控器 PPM/PWM/iBUS、踏板 HOVERCAR 等），Keil 用户则在 Target 下拉框里选； pio run -t upload写入，上电后电机即按默认配置以 FOC 电压模式运行。
怎么调
- 编译期：改 Inc/config.h 里的
CTRL_TYP_SEL（默认已是 FOC）、CTRL_MOD_REQ、I_MOT_MAX、N_MOT_MAX、FIELD_WEAK_ENA； - 运行期：接串口协议可在线读改参数，Src/comms.c 里有完整的参数表（I_MOT_MAX、N_MOT_MAX、CTRL_MOD 等）。建议先用串口终端把参数验证到合理，再固化进 config.h 重新编译。
适合谁，不适合谁
这是一套少数能直接刷进原厂平衡车主板、控制环完整、保护齐备、参数支持运行期在线读写的 FOC 固件，适合做 hovercar、电动滑板、TranspOtter 这类平衡车改装项目，也适合想低成本摸一遍无刷电机闭环控制的人。不适合两类人：想"刷完直接当普通平衡车骑"的人——VARIANT_HOVERBOARDvariant 的平衡控制环目前尚未实现；以及不愿意自己刷机和调参的人。
【免费下载链接】hoverboard-firmware-hack-FOCWith Field Oriented Control (FOC)项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/ho/hoverboard-firmware-hack-FOC
创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
