作者：Antonio Velasco

繼續 UCI FSAE 團隊完成制動系統合理性裝置（或 BSPD）設計過程的第二部分，我們研究這種安全電路的工作原理及其背后的要求。我們的目標是在明年的多項比賽中使用該系統，例如 2024 年 SoCal Shootout 和 2025 Formula SAE 密歇根州比賽！

需求與設計

根據 FSAE 規則手冊 2024 的規定，對于 BSPD 需要檢測的 3 種不同的不可信情況，需要涵蓋這些方面：

• 緊急制動并打開油門 1 秒。
• 制動壓力讀數丟失 100 毫秒。
• 電子節氣門體讀數丟失 100 毫秒。

本質上，BSPD 的設計必須完全使用模擬組件來計算兩個關鍵方面。

• 制動壓力傳感器和電子節氣門體電壓讀數之間的比較用于檢查不可信的情況或規則特定的情況。
• 發現的不可信之處之間的時間延遲為 1 秒或 100 毫秒。

方法

BSPD 的這些方面、傳感器讀數的比較和時間延遲分兩部分完成。首先，傳感器讀數的比較。我們以“制動壓力讀數丟失 100 毫秒”的情況為例。

有效和無效傳感器讀數的比較是通過比較器完成的。如圖 1 所示，比較器將根據比較器的正輸入是否高于負輸入來輸出 5V 或 GND。對于BSPD，負極端子是制動壓力傳感器的信號，輸出0.5～4.5之間的電壓。該信號通過低通濾波器濾除噪聲，然后與比較器進行比較。然后使用電位器作為分壓器，并將其連接到比較器的正極端子，其第二端子設置為約0.45V。這種設置使得只有當制動壓力低于其正常電壓輸出范圍 0.5V ~ 4.5V 時，比較器才會輸出高電平，這意味著當比較器輸出高電平信號時，會發現難以置信的情況。信號通過“或”門以允許設置 2 個比較器，并被發送到電路的時間延遲部分。

100ms的延時主要是通過單穩態操作的555定時器完成的。如圖 2 所示，難以置信的 5v 高電平通過非門發送到 555 定時器的 TRIG 引腳。在555定時器的單穩態工作電路中，555定時器的OUT端口將被拉高，如圖3所示，然后被連接到OUT端口的非門迅速反轉。這樣做是為了通過電位器 RV8 設置的電阻值引入任意時間的時間延遲。來自 555 定時器的信號需要與圖 1 中或門的輸出進行“比較”，以查看 100 毫秒后比較器是否仍然存在不可信的情況。

出現了一個問題，因為當不存在不可信性時，輸出 NOT2B 自然會為高電平，并且只會在不可信性的時間延遲期間輸出低電平，因此隨著時間傳播延遲，不可信性信號可能會從當 555 定時器試圖拉高其 OUT 引腳時，與門會運行一小段時間。為了減輕這種可能的錯誤，在圖 1 中的 OR 門的輸出和圖 2 中的 AND 門的輸入之間引入了一個小的延遲。RC 時間延遲應該為 555 定時器的傳播延遲提供足夠的時間。最后，如果“或”門在 555 定時器的時間延遲后仍輸出高電平，則圖 2 中最終“與”門的兩個輸入都將設置為“高”。發現了一個難以置信的條件，并發送信號來關閉一系列繼電器，從而關閉汽車的發動機。

通過其他難以置信的電路、關斷電路和電源電路，我們得到了圖 4 中的最終 PCB。測試/制造已經在進行中，下一篇博客將介紹如何對設計進行故障排除。感謝您的閱讀！

審核編輯 黃宇