3. 電控系統設計架構

3. 電控系統設計架構 
 3.1 高壓系統（HV） 
 HV 系統的設計目標： 在需要時提供最大安全功率；在異常時最快速度斷電。 
 Accumulator 介面 
 [Accumulator 內部]
 ├── Cell Stack（串並聯模組）
 ├── AMS（BMS）──→ AMS_OK → SDC
 ├── 內部保險絲 / 斷路器
 ├── HVD（High Voltage Disconnect）──→ SDC
 └── TS+ / TS-（高壓輸出端）

[Accumulator 外部]
 AIR+（Accumulator Isolation Relay 正極）
 AIR-（Accumulator Isolation Relay 負極）
 Precharge Relay + Precharge Resistor
 
 Contactor / AIR 選型 
 
 用 專用 HV Contactor （如 TE Kilovac EV200、Tyco EV series） 
 線圈電壓通常 12V 或 24V，從 GLV 供電，受 SDC 控制 
 必須有**輔助觸點（Auxiliary Contact）**回授給 VCU，確認 AIR 實際閉合狀態 
 
 設計建議 ：AIR+ 與 AIR- 都要安裝 Contactor，不能只有一側。原因：單側斷開時另一側仍有電位差，不符合安全隔離要求。 
 3.2 低壓系統（LV / GLV） 
 GLV 設計原則 ： 
 
 使用獨立的 GLV 電池（鋰鐵電池 or 鉛酸），與 Accumulator 完全隔離 
 GLV 電壓穩定性直接影響 CAN 通訊品質與感測器精度 
 建議加 DC-DC 穩壓（5V for MCU、12V for 繼電器、3.3V for 感測器） 
 
 GLV 接地設計 ： 
 
 單點接地 （Single Point Grounding）是原則：所有 GLV 元件接地最終匯集到一個主接地點，再連接到車架 
 避免接地迴路（Ground Loop）造成干擾 
 訊號地（Signal GND）與電源地（Power GND）分開拉線，在主接地點匯合 
 
 
 ⚠️ 常見錯誤 ：多個元件分別就近接地到車架不同位置，造成地電位差，引發 CAN Bus 通訊異常。這個問題很難 debug，要從設計開始避免。 
 
 3.3 通訊架構（CAN Bus） 
 為什麼用 CAN？ 
 
 差分訊號，抗干擾強（高壓開關切換時 EMI 嚴重） 
 多主架構，任何節點都能傳送 
 有成熟的錯誤處理機制 
 FSAE 強隊標配，資源豐富 
 
 基本拓樸 ： 
 [VCU] ──────────────── CAN Bus（終端電阻 120Ω×2）
 ├── [Motor Controller / Inverter]
 ├── [AMS / BMS]
 ├── [Dashboard / 儀表]
 └── [Datalogger]（可選）
 
 速率建議 ：1 Mbps（賽車環境，短線束，1Mbps 完全可行） 
 線材規範 ： 
 
 使用屏蔽雙絞線（Shielded Twisted Pair） 
 屏蔽層單端接地（避免形成地迴路） 
 每條 Bus 兩端各一個 120Ω 終端電阻 
 
 3.4 控制器（VCU / MCU） 
 VCU（Vehicle Control Unit） 是整車電控的大腦： 
 
 讀取駕駛輸入（油門踏板、煞車訊號、方向盤角度等） 
 實現扭矩控制策略 
 監測系統狀態，管理整車狀態機 
 控制 RTDS、TSAL 邏輯（軟體部分） 
 透過 CAN 與 Motor Controller、AMS 通訊 
 
 選型方向 ： 
 
 STM32 系列 （如 STM32F4/H7）：FSAE 最常見，資源豐富，支援 CAN，開發工具完善 
 NXP S32 系列 ：汽車級，適合高可靠性要求 
 自製 PCB vs 開發板 ：新車隊初期建議先用成熟開發板驗證邏輯，穩定後再自製 PCB 
 
 
 💡 學長建議 ：VCU 的硬體設計和軟體架構同等重要。硬體上要考慮：看門狗電路（Watchdog）、電源監測、隔離通訊介面；軟體上要實作完整狀態機，不能讓程式進入未定義狀態。 
 
 小結 
 架構設計的核心原則是 分層與隔離 ：HV 層做動力，GLV 層做控制，兩層通過隔離介面互動。每一層內部再做功能分區，故障時影響面最小。