建造方程式赛车：BSPD 第 2 部分

作者：Antonio Velasco

继续 UCI FSAE 团队完成制动系统合理性装置（或 BSPD）设计过程的第二部分，我们研究这种安全电路的工作原理及其背后的要求。我们的目标是在明年的多项比赛中使用该系统，例如 2024 年 SoCal Shootout 和 2025 Formula SAE 密歇根州比赛！

需求与设计

根据 FSAE 规则手册 2024 的规定，对于 BSPD 需要检测的 3 种不同的不可信情况，需要涵盖这些方面：

• 紧急制动并打开油门 1 秒。
• 制动压力读数丢失 100 毫秒。
• 电子节气门体读数丢失 100 毫秒。

本质上，BSPD 的设计必须完全使用模拟组件来计算两个关键方面。

• 制动压力传感器和电子节气门体电压读数之间的比较用于检查不可信的情况或规则特定的情况。
• 发现的不可信之处之间的时间延迟为 1 秒或 100 毫秒。

方法

BSPD 的这些方面、传感器读数的比较和时间延迟分两部分完成。首先，传感器读数的比较。我们以“制动压力读数丢失 100 毫秒”的情况为例。

有效和无效传感器读数的比较是通过比较器完成的。如图 1 所示，比较器将根据比较器的正输入是否高于负输入来输出 5V 或 GND。对于BSPD，负极端子是制动压力传感器的信号，输出0.5～4.5之间的电压。该信号通过低通滤波器滤除噪声，然后与比较器进行比较。然后使用电位器作为分压器，并将其连接到比较器的正极端子，其第二端子设置为约0.45V。这种设置使得只有当制动压力低于其正常电压输出范围 0.5V ~ 4.5V 时，比较器才会输出高电平，这意味着当比较器输出高电平信号时，会发现难以置信的情况。信号通过“或”门以允许设置 2 个比较器，并被发送到电路的时间延迟部分。

100ms的延时主要是通过单稳态操作的555定时器完成的。如图 2 所示，难以置信的 5v 高电平通过非门发送到 555 定时器的 TRIG 引脚。在555定时器的单稳态工作电路中，555定时器的OUT端口将被拉高，如图3所示，然后被连接到OUT端口的非门迅速反转。这样做是为了通过电位器 RV8 设置的电阻值引入任意时间的时间延迟。来自 555 定时器的信号需要与图 1 中或门的输出进行“比较”，以查看 100 毫秒后比较器是否仍然存在不可信的情况。

出现了一个问题，因为当不存在不可信性时，输出 NOT2B 自然会为高电平，并且只会在不可信性的时间延迟期间输出低电平，因此随着时间传播延迟，不可信性信号可能会从当 555 定时器试图拉高其 OUT 引脚时，与门会运行一小段时间。为了减轻这种可能的错误，在图 1 中的 OR 门的输出和图 2 中的 AND 门的输入之间引入了一个小的延迟。RC 时间延迟应该为 555 定时器的传播延迟提供足够的时间。最后，如果“或”门在 555 定时器的时间延迟后仍输出高电平，则图 2 中最终“与”门的两个输入都将设置为“高”。发现了一个难以置信的条件，并发送信号来关闭一系列继电器，从而关闭汽车的发动机。

通过其他难以置信的电路、关断电路和电源电路，我们得到了图 4 中的最终 PCB。测试/制造已经在进行中，下一篇博客将介绍如何对设计进行故障排除。感谢您的阅读！

审核编辑 黄宇