關於大學生電動方程式汽車的安全迴路設計論文

在賽車競賽中經常出現各種事故，其中不能及時切斷高壓動力輸出是電動賽車安全隱患之一。當賽車遇到撞擊、高壓電接觸及其他緊急情況時應及時切斷系統高壓動力輸出，來保證賽車手的安全。本文設計結合了森薩塔(Sensata)碰撞開關、本德爾(Bender)絕緣檢測裝置、KM自鎖電路、制動可靠性裝置等技術的電動方程式賽車安全迴路。該安全迴路設計能有效地通過絕緣檢測，碰撞感測器也能及時切斷高壓輸出，提供整車的主動安全;車上多處設定的急停開關方便車手切斷高壓動力輸出保證賽車手和車外人員安全，提高賽車的被動安全效能。因此，利用該安全迴路設計可以及時作出有效的安全措施，減少事故發生。

　　1安全迴路整體設計

該安全迴路包括sensata碰撞感測器、Bender絕緣檢測感測器、制動可靠性模組(電壓比較模組和延時比較模組)、急停開關、200Ω功率電阻、繼電器和穩壓電源等。將上述模組設計成開關量後和一個雙路繼電器串聯在一起，實現對高壓電路的控制，保證高壓斷開時，能接通放電電阻。

　　2硬體設定

　　2.1碰撞感測器

碰撞感測器分為機電開關、電子開關和水銀開關3種。本文選用機電式碰撞開關，該開關具有成本低、檢測精度高、穩定性好等優點。在實際測試過程中，當碰撞開關受到6g至11g減速度時觸點就會斷開，從而使整個安全迴路斷開高壓控制繼電器，同時閉合放電電阻使得賽車的.電壓瞬間降至0V。

　　2.2絕緣檢測模組

BenderA-ISOMETERiso-F1IR155-3203是一種通用的絕緣檢測模組，其工作電壓300V，設定的絕緣檢測響應值為500Ω/V，使用12V的車載電源供電。

當發生故障時模組檢測到絕緣錯誤並及時降低pin8高電位輸出，同時通過KM互鎖電路實現錯誤訊號的鎖定。可以使用簡單的八角繼電器實現。該自鎖模組具有簡單穩定的特點，還可以有效避免外界干擾。

　　2.3制動可靠性裝置

通過開關量採集制動訊號的輸出，利用霍爾元件採集直流母線上的電流資料並轉換為電壓量;然後利用Lm393雙路電壓比較整合器進行兩路訊號比較，判定車手發出的指令是否得到執行。

如果電機控制器沒有執行制動指令而是繼續加速，則觸發制動可靠性裝置中的光耦件動作，從而切斷整個賽車的動力輸出，保證制動的可靠性，同時監控汽車的制動狀態。由於賽車在執行過程中會產生電磁干擾影響制動可靠性裝置的穩定性，因此在電路訊號採集中新增電容來過濾干擾訊號，從而保證它的穩定性。

　　2.4放電電路

通過將一個200Ω的電阻串聯在一個常閉繼電器上來實現放電功能。當繼電器接通時，放電電路斷開從而避免整車功率的消耗和錯誤的執行。放電電阻控制端需接在繼電器的常閉端，當賽車停止工作時高壓系統就會連線放電電阻，從而保證賽車的安全性。

　　3模擬結果

通過MATLAB軟體模擬分析，計算放電過程中放電迴路中的電壓u和電流i。

u=300×e^((-t)/(200Ω×500μF))(1)

i=300/600×e^((-t)/(200Ω×500μF))(2)

電壓特性符合安全迴路要求，在0.5s之後電壓值下降了90%以上，基本滿足安全要求。在0.5s之後電流下降了90%以上，基本滿足安全要求。

　　4結語

通過實際除錯驗證，該方程式賽車安全迴路中制動可靠性模組、碰撞模組、絕緣檢測模組都工作正常，達到預期設計目標，整體方案比較完善。但是，還有一些地方需要進一步完善，比如可以通過微電子電路實現電路錯誤訊號的寄存鎖定，增加無線傳輸從而實現錯誤資料的遠端採集和分析等。該安全電路在實際賽車中進行實車試驗，結果表明整個安全迴路在抗干擾、穩定性等方面穩定可靠。