2. FSAE EV 電控相關核心規則解析

2. FSAE EV 電控相關核心規則解析 
 
 以下基於 2026 FSAE Rules。規則編號格式為 EV X.X.X 、 TS X.X.X 等，請以官方規則書為準。 
 
 2.1 Shutdown Circuit（關鍵！） 
 規則本質 ：Shutdown Circuit（SDC）是一條「安全鏈」，由多個安全開關 串聯 組成。只要其中一個節點開路，整個電路斷開，Accumulator Isolation Relay（AIR）就會斷開，高壓系統斷電。 
 ⚠️ 關鍵規則：SDC 必須包含的節點 
 以下元件必須 串聯 在 Shutdown Circuit 中（2026 規則）： 
 
 
 
 元件 
 縮寫 
 說明 
 
 
 
 
 Master Switch（駕駛端） 
 TSMS 
 Tractive System Master Switch，駕駛艙內 
 
 
 Master Switch（維修端） 
 MSMS 
 車外可觸及的緊急斷電開關 
 
 
 Brake System Plausibility Device 
 BSPD 
 偵測煞車 + 大電流同時發生 
 
 
 Inertia Switch 
 — 
 碰撞時自動斷路 
 
 
 High Voltage Disconnect 
 HVD 
 物理拔插式 HV 斷路器 
 
 
 IMD 錯誤輸出 
 IMD 
 絕緣阻抗過低時斷路 
 
 
 AMS 錯誤輸出 
 AMS 
 電池異常時斷路 
 
 
 緊急停車按鈕 
 — 
 駕駛艙內、車外至少各一 
 
 
 
 設計邏輯 ： 
 GLV_POWER ──→ [TSMS] ──→ [MSMS] ──→ [BSPD_OK] ──→ [IMD_OK] 
 ──→ [AMS_OK] ──→ [Inertia_OK] ──→ [E-Stop×N] 
 ──→ SDC_CLOSED ──→ AIR 線圈供電
 
 為什麼要串聯？ 
 因為這是 Fail-safe 設計哲學： 任何一個環節故障（開路），系統整體進入安全狀態（HV 斷電） 。如果是並聯，單一節點短路就可能繞過安全機制。 
 
 💡 學長提示 ：SDC 是「常開邏輯」——正常狀態是通路，有問題才開路。這和一般 GPIO 的「High = Active」邏輯相反，設計時容易混淆，要特別注意。 
 
 BSPD 設計重點 
 ⚠️ 關鍵規則 ：BSPD 必須是 純硬體電路 ，不能依賴微控制器（EV.5.7）。 
 BSPD 偵測邏輯： 
 
 煞車踩下 （煞車壓力 > 閾值）AND 大電流輸出 （> 5 kW equivalent）→ 觸發 SDC 開路 
 
 設計建議： 
 
 用比較器（LM393 或類似）實現，避免軟體介入 
 電流感測用 Hall Effect Sensor，輸出類比電壓 
 煞車偵測用壓力感測器，輸出類比電壓 
 兩路訊號送進 AND 邏輯，輸出控制繼電器 
 
 [煞車壓力感測器] ──→ [比較器 1] ─┐
 AND ──→ [繼電器線圈] ──→ SDC 節點
[電流感測器] ──→ [比較器 2] ─┘
 
 2.2 Tractive System Active Light（TSAL） 
 ⚠️ 關鍵規則 ：只要 TS 電壓超過 60V，TSAL 就 必須 持續亮紅燈（閃爍或恆亮，依規則版本）。 
 為什麼 ：讓維修人員、裁判、旁觀者知道車輛有高壓存在，避免觸電事故。 
 設計要點 ： 
 
 TSAL 訊號來源：直接由 AIR 狀態或 TS 電壓偵測驅動， 不能只靠軟體控制 
 實作建議：從 Accumulator 正負極取分壓，超過閾值直接驅動 LED 驅動電路 
 不能用 VCU GPIO 直接控制 TSAL ，因為 VCU 當機時 TSAL 可能誤滅 
 
 [TS+ / TS-] ──→ [分壓電路] ──→ [電壓比較器 60V] ──→ [TSAL 驅動] ──→ [紅燈]
 ↓（< 60V）
 [TSAL 驅動] ──→ [綠燈]（可選）
 
 2.3 Ready-To-Drive Sound（RTDS） 
 ⚠️ 關鍵規則 ：車輛從 TS 充電完成到 RTD（Ready To Drive）狀態，必須發出持續至少 1 秒、至少 80 dB 的聲音。 
 為什麼 ：電動車在低速時幾乎無聲，RTDS 提醒周圍人員車輛即將啟動。 
 觸發條件 （設計時須實作的狀態機邏輯）： 
 
 TS 電壓正常（AIR 閉合，Precharge 完成） 
 駕駛踩煞車 
 駕駛按下 RTD 按鈕 
 VCU 確認以上條件 → 觸發 RTDS 至少 1 秒 → 進入 RTD 狀態 
 
 設計建議 ： 
 
 使用蜂鳴器或小型喇叭模組，VCU GPIO 控制 
 加入軟體計時器確保 ≥ 1 秒 
 Scrutineering 時裁判會用分貝計測量，建議設計時留有 buffer（設計目標 ≥ 85 dB） 
 
 2.4 Accumulator Management System（AMS） 
 ⚠️ 關鍵規則 ：AMS 必須監測每一個 Cell 的電壓與溫度，發現異常時必須斷開 SDC。 
 規則要求的監測項目 ： 
 
 每顆 Cell 過壓（Over-voltage）/ 欠壓（Under-voltage） 
 溫度過高（Over-temperature） 
 
 設計架構 ： 
 [Cell Voltage Sensors] ──→ [AMS MCU（如 LTC6811）] ──→ [主 MCU / VCU]
[Cell Temp Sensors NTC]──→ ↓（CAN 或數位訊號）
 [AMS_OK 信號] ──→ SDC
 
 關鍵設計決策 ：AMS_OK 輸出要用 硬體繼電器 ，不能只靠軟體控制 GPIO。原因：MCU 當機、程式跑飛時，AMS_OK 必須能自主斷路。 
 
 💡 學長提示 ：AMS 是你被 Scrutineer 問最多問題的地方之一。你必須能解釋每一顆 Cell 的監測方式、閾值設定、以及 AMS 錯誤如何觸發 SDC。 
 
 2.5 Insulation Monitoring Device（IMD） 
 ⚠️ 關鍵規則 ：IMD 必須持續監測 TS（高壓系統）與 GLV（低壓/車架）之間的絕緣阻抗。低於閾值時斷開 SDC。 
 規則閾值 ：通常為 500 Ω/V（依 TS 電壓計算，例如 400V 系統 → 200 kΩ） 
 為什麼重要 ：TS 對地短路不只會造成設備損壞，更可能在人員觸碰車架時造成電擊事故。 
 選型建議 ： 
 
 Bender ISOMETER® 系列（FSAE 最常見選擇） 
 輸出訊號：OK/Fault 數位輸出 → 接入 SDC 
 也提供 CAN 或 RS485 輸出供 VCU 讀取狀態（但 SDC 接線不能依賴通訊） 
 
 設計注意 ： 
 
 IMD 需要在 AIR 閉合之前就開始工作（監測 Precharge 前的絕緣狀態） 
 IMD 電源從 GLV 取，監測訊號接到 TS 側 
 IMD 的接地必須接到車架（GLV 地），否則量測基準錯誤 
 
 小結 
 規則不是用來背的，是用來 理解設計意圖 的。每一條 EV 規則背後都有一個安全事故的教訓。把規則的「為什麼」搞懂，設計時才不會出現「規則沒說不行，但其實很危險」的盲點。