打造高可靠性自駕煞車系統：MCC 的元件選擇與設計挑戰

一、MCC 元件如何在高風險競賽中實現高可靠性

在自駕電動車（EV）競賽中，瞬間的決策往往是安全與災難之間的分水嶺。因此，緊急煞車系統（Emergency Brake System, EBS）成為先進自駕車輛中不可或缺的關鍵元件。

本文將探討 EBS 的目的、功能與設計挑戰，並深入了解 KA-RaceIng 團隊所開發、搭載 MCC 元件的創新參考板。

二、什麼是緊急煞車系統？

緊急煞車系統是一套獨立且自動化的煞車迴路，專為自駕電動賽車設計。

當偵測到危險狀況時，EBS 會立即啟動煞車，跳過人工控制，確保車輛能夠立刻停止，以保障安全。

主要功能：

• 自動啟動：當偵測到故障或危險時，系統會在無需人為介入的情況下啟動煞車。
• 安全優先：當主要系統失效或車輛在自駕模式下失控時，EBS 作為備援系統介入。
• 氣壓監控：持續監測煞車系統的氣壓，確保其可靠性並做出即時反應。

三、自駕賽車中的緊急煞車系統角色

自駕賽車中的緊急煞車系統角色補充說明：

在自動駕駛賽車中，車上沒有人類駕駛員能在緊急狀況下即時反應。因此，緊急煞車系統（Emergency Brake System, EBS）成為車輛的最後一道防線，確保在發生重大故障或異常行為時，車輛能夠安全停下。

為何在賽車中至關重要？

在高速且極端條件下運行的自駕賽車中，任何微小的故障都可能導致嚴重事故。EBS 的存在不僅提升了系統冗餘性，也讓自駕技術在競技場域中更具安全性與可靠性。

EBS 關鍵應用情境：

• 系統故障
  包括通訊中斷、感測器失效等情況，EBS 可在主要系統無法運作時介入。
• 障礙物偵測或賽道異常
  當車輛偵測到前方有障礙物或賽道出現異常（如掉落物、破損），EBS 可立即啟動煞車。
• 功能安全監控偵測到異常
  若安全監控系統判定車輛行為不正常或存在風險，EBS 將主動介入，防止事故發生。

四、MCC 元件驅動可靠的緊急煞車系統效能

KA-RaceIng 信賴 KIT24 自駕賽車的緊急煞車系統（EBS）效能

在自駕模式下，KA-RaceIng 的 KIT24 賽車必須具備無可妥協的安全性與可靠性。因此，他們採用了 MCC 提供的先進元件，打造出高效能的緊急煞車系統，確保在任何緊急狀況下都能即時反應。

MCC 提供的關鍵元件：

🔹 穩壓二極體（Zener Diodes）

• MMSZ5225BHE3：3V、500mW，用於 IC 輸入保護
• BZT52C3V0HE3：3V、500mW，用於 IC 輸入保護
• MMSZ5248BHE3：18V、500mW，用於防止電路板過電壓

🔹 小訊號肖特基二極體（Small Signal Schottky Diodes）

• SMD18PLHE3：80V、1A，作為繼電器的自由輪二極體

🔹 瞬態電壓抑制二極體（TVS Diodes）

• SMA6J48AFLQ：600W、48V，用於保護 IC 輸入免受瞬間過電壓影響

🔹 標準恢復整流器（Standard Recovery Rectifiers）

• GS1JPBQ：600V、1A，能承受湧入電流與電壓突波

🔹 小訊號 MOSFET（Small Signal MOSFETs）

• SIL04P06YHE3：-60V P-Channel MOSFET，低阻抗 SOT23-6L 封裝，用於致動器控制開關

這些元件共同構成了 EBS 的核心，使其具備：

• 快速反應能力
• 高可靠性與冗餘設計
• 符合 ISO 26262 功能安全標準
• 能在極端賽車環境中穩定運作

五、緊急煞車系統設計挑戰

為自動駕駛電動賽車設計緊急煞車系統（EBS），需要在緊湊性、耐用性與安全性之間取得平衡，同時面對各種技術與環境挑戰。每個元件與子系統都必須在極端條件下完美運作，以確保煞車能在需要時立即且可靠地啟動。

工程師在開發符合高性能自動駕駛賽車需求的 EBS 解決方案時，最常面臨的挑戰包括：

• 緊湊且清晰的整合設計：將所有安全關鍵功能整合在一塊小型 PCB 上，並安裝於其他電子元件與致動器附近，同時避免過熱或訊號干擾。
• 堅固的元件選擇：選用能在嚴苛環境下可靠承受電壓突波、湧入電流與瞬間尖峰的元件。
• 功能安全合規：透過冗餘設計、失效保護機制與嚴格的故障偵測，符合如 ISO 26262 等汽車安全標準，避免任何單點故障。
• 可靠的壓力監控：持續監測氣壓或液壓煞車壓力，即時偵測感測器或線路故障，避免煞車能力在未察覺的情況下喪失。
• 低延遲反應：系統需在毫秒內偵測危險並啟動煞車，藉由減少從輸入偵測到致動的傳遞延遲來達成。
• 與主系統隔離：在電氣與邏輯上將緊急煞車路徑與標準煞車系統隔離，確保主系統故障不影響緊急煞車操作。
• 環境耐受性：設計電路板與元件以承受賽車常見的震動、高溫、粉塵與濕氣，並維持穩定性能。
• 測試與診斷能力：提供完整的測試與診斷功能，主動偵測潛在故障或失效徵兆。

解決這些挑戰對於打造一套安全、可靠且具備賽道準備能力的緊急煞車系統至關重要，特別是在高難度的自動駕駛車輛應用中。

六、煞車系統 vs. 緊急煞車系統：了解差異

自動駕駛車輛需要標準煞車系統與緊急煞車系統，但兩者在許多方面存在差異：

七、為什麼緊急煞車系統（EBS）對自動駕駛電動賽車至關重要

緊急煞車系統（EBS）不僅僅是備用煞車裝置——它在無人駕駛的賽車情境中，負責保護車輛及其周遭環境的安全。

MCC 元件提供了堅固的防護能力、緊湊的設計，以及符合嚴格安全標準的性能，無論是在賽道上或賽道外，都能確保 EBS 的可靠運作。

隨著自動駕駛電動賽車技術的進步，對安全且先進的緊急煞車系統與相關元件的需求也將持續提升。

八、延伸問題 Q&A：技術設計背後的思考

以下是五個延伸性較高的問題，適合進一步探討自駕賽車的緊急煞車系統（EBS）與 MCC 零件應用的技術與策略：

Q1: 如何在 EBS 設計中平衡反應速度與系統穩定性？

A: EBS 需在毫秒內反應，但過快的反應可能導致誤判或誤煞。設計時需透過感測器濾波、邏輯判斷與冗餘機制，確保反應既快速又準確。

Q2: MCC 零件在 EBS 中的選型考量有哪些？

A: 除了電氣參數（如耐壓、電流容量），還需考慮：

• 封裝尺寸與散熱能力
• 車規認證（如 AEC-Q101）
• 長期可靠性與失效模式
• 與其他零件的匹配性（如 MOSFET 與 TVS 的協同保護）

Q3: EBS 如何與主 ECU 系統進行故障隔離？

A: EBS 通常採用獨立電源與控制邏輯，並透過硬體隔離（如光耦、繼電器）與軟體監控（如 watchdog timer）來避免主系統故障影響其運作。

Q4: 在自駕賽車高速行駛下，EBS 的啟動是否可能造成安全風險？

A: 是的，若 EBS 在高速下誤啟動，可能導致車輛失控。因此設計上需加入多層判斷邏輯與速度感知機制，確保只有在真正危急時才啟動。

Q5: 如何驗證 EBS 系統的功能安全符合 ISO 26262 標準？

A: 需進行完整的安全生命周期流程，包括：

• 危害分析與風險評估（HARA）
• 安全目標與 ASIL 分級
• 系統架構設計與故障模式分析（FMEA）
• 測試驗證（如硬體失效注入、軟體模擬）
• 文件化與第三方認證