关于大学生电动方程式汽车的安全回路设计论文

在赛车竞赛中经常出现各种事故，其中不能及时切断高压动力输出是电动赛车安全隐患之一。当赛车遇到撞击、高压电接触及其他紧急情况时应及时切断系统高压动力输出，来保证赛车手的安全。本文设计结合了森萨塔(Sensata)碰撞开关、本德尔(Bender)绝缘检测装置、KM自锁电路、制动可靠性装置等技术的电动方程式赛车安全回路。该安全回路设计能有效地通过绝缘检测，碰撞传感器也能及时切断高压输出，提供整车的主动安全;车上多处设置的急停开关方便车手切断高压动力输出保证赛车手和车外人员安全，提高赛车的被动安全性能。因此，利用该安全回路设计可以及时作出有效的安全措施，减少事故发生。

　　1安全回路整体设计

该安全回路包括sensata碰撞传感器、Bender绝缘检测传感器、制动可靠性模块(电压比较模块和延时比较模块)、急停开关、200Ω功率电阻、继电器和稳压电源等。将上述模块设计成开关量后和一个双路继电器串联在一起，实现对高压电路的控制，保证高压断开时，能接通放电电阻。

　　2硬件设置

　　2.1碰撞传感器

碰撞传感器分为机电开关、电子开关和水银开关3种。本文选用机电式碰撞开关，该开关具有成本低、检测精度高、稳定性好等优点。在实际测试过程中，当碰撞开关受到6g至11g减速度时触点就会断开，从而使整个安全回路断开高压控制继电器，同时闭合放电电阻使得赛车的.电压瞬间降至0V。

　　2.2绝缘检测模块

BenderA-ISOMETERiso-F1IR155-3203是一种通用的绝缘检测模块，其工作电压300V，设定的绝缘检测响应值为500Ω/V，使用12V的车载电源供电。

当发生故障时模块检测到绝缘错误并及时降低pin8高电位输出，同时通过KM互锁电路实现错误信号的锁定。可以使用简单的八角继电器实现。该自锁模块具有简单稳定的特点，还可以有效避免外界干扰。

　　2.3制动可靠性装置

通过开关量采集制动信号的输出，利用霍尔元件采集直流母线上的电流数据并转换为电压量;然后利用Lm393双路电压比较集成器进行两路信号比较，判定车手发出的指令是否得到执行。

如果电机控制器没有执行制动指令而是继续加速，则触发制动可靠性装置中的光耦件动作，从而切断整个赛车的动力输出，保证制动的可靠性，同时监控汽车的制动状态。由于赛车在运行过程中会产生电磁干扰影响制动可靠性装置的稳定性，因此在电路信号采集中添加电容来过滤干扰信号，从而保证它的稳定性。

　　2.4放电电路

通过将一个200Ω的电阻串联在一个常闭继电器上来实现放电功能。当继电器接通时，放电电路断开从而避免整车功率的消耗和错误的运行。放电电阻控制端需接在继电器的常闭端，当赛车停止工作时高压系统就会连接放电电阻，从而保证赛车的安全性。

　　3仿真结果

通过MATLAB软件模拟分析，计算放电过程中放电回路中的电压u和电流i。

u=300×e^((-t)/(200Ω×500μF))(1)

i=300/600×e^((-t)/(200Ω×500μF))(2)

电压特性符合安全回路要求，在0.5s之后电压值下降了90%以上，基本满足安全要求。在0.5s之后电流下降了90%以上，基本满足安全要求。

　　4结语

通过实际调试验证，该方程式赛车安全回路中制动可靠性模块、碰撞模块、绝缘检测模块都工作正常，达到预期设计目标，整体方案比较完善。但是，还有一些地方需要进一步完善，比如可以通过微电子电路实现电路错误信号的寄存锁定，增加无线传输从而实现错误数据的远程采集和分析等。该安全电路在实际赛车中进行实车试验，结果表明整个安全回路在抗干扰、稳定性等方面稳定可靠。