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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）：

  1. TS 電壓正常（AIR 閉合，Precharge 完成）
  2. 駕駛踩煞車
  3. 駕駛按下 RTD 按鈕
  4. 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。

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