汽車電子設(shè)計(jì)中仿真技術(shù)的應(yīng)用分析

引言：在汽車技術(shù)開(kāi)發(fā)迅速的背景下，逐漸有更多的新型技術(shù)被應(yīng)用到汽車設(shè)計(jì)中，可以有效的縮短汽車總體開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)可以降低開(kāi)發(fā)試驗(yàn)成本。仿真技術(shù)是現(xiàn)在被廣泛用于汽車電子設(shè)計(jì)中的一種新興技術(shù)，通過(guò)專業(yè)仿真技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合汽車電子設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及要求，利用仿真結(jié)果不斷對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證與完善，提高汽車電子設(shè)計(jì)的合理性與有效化。本文分析了汽車電子設(shè)計(jì)中仿真技術(shù)的應(yīng)用策略。

電子設(shè)計(jì)是汽車設(shè)計(jì)周期中的重點(diǎn)，在設(shè)計(jì)管理上存在一定的難度，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式需要借助各種液壓、機(jī)械與電子零部件等來(lái)對(duì)汽車各子項(xiàng)系統(tǒng)功能進(jìn)行驗(yàn)證，周期與成本控制難度比較大。為提高汽車電子設(shè)計(jì)的效率，可以將仿真技術(shù)應(yīng)用到其中，選擇合適的仿真軟件等，來(lái)對(duì)汽車系統(tǒng)進(jìn)行建模與分析，可以節(jié)約大量的試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)時(shí)間，達(dá)到縮短設(shè)計(jì)周期，降低成本的目的。

一、EDA仿真技術(shù)分析

EDA仿真技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到汽車電子設(shè)計(jì)中，主要是利用計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)人員通過(guò)EDA軟件平臺(tái)，用硬件描述語(yǔ)言VHDL進(jìn)行文件設(shè)計(jì)，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局以及仿真等，最終完成對(duì)特定目標(biāo)芯片的適配翻譯、邏輯映射與編程下載等。將EDA仿真技術(shù)應(yīng)用到汽車電子設(shè)計(jì)中，可以有效提高電路設(shè)計(jì)的可操作性，降低了工作量。其中EDA技術(shù)中存在的Multisin仿真設(shè)計(jì)軟件可以在汽車電子線路中實(shí)現(xiàn)軟件仿真技術(shù)所具有的虛擬設(shè)計(jì)功能[1]。

Multisin仿真設(shè)計(jì)軟件可以完成對(duì)模擬、數(shù)字以及混合電路進(jìn)行電路性能仿真與分析，主要包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語(yǔ)言輸入方式等，交由比較高的仿真分析能力。第一，直觀的圖形界面。在軟件操作界面，繪制電路所需要的元器件，以及仿真所需要的測(cè)試儀器可以直接拖放在屏幕界面上，通過(guò)鼠標(biāo)就可以將各個(gè)器件連接起來(lái)。并且還可以直接通過(guò)儀觀察到數(shù)據(jù)、波形以及特性曲線等。第二，較高的仿真能力。軟件引擎為SPICE3F5和Xspice的內(nèi)核，通過(guò)Electronic workbench帶有的增強(qiáng)設(shè)計(jì)功能可以完成數(shù)據(jù)與混合模式仿真性能的優(yōu)化，如MCU仿真、RF仿真、VHDL仿真等[2]。第三，豐富的元器件?？梢酝瓿蓪?duì)原件各種參數(shù)的編輯與修改，并且可以利用模型生成器與代碼模式創(chuàng)建模型等功能，來(lái)達(dá)到創(chuàng)建自己元器件的目的。將此種仿真軟件應(yīng)用到汽車電子設(shè)計(jì)中，可以有效減少資源的浪費(fèi)，縮短系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期。并且，通過(guò)仿真設(shè)計(jì)軟件所具有的虛擬性特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員能夠在計(jì)算機(jī)平臺(tái)內(nèi)完成模擬試驗(yàn)，對(duì)于存在的錯(cuò)誤可以及時(shí)更改，最后將完善的設(shè)計(jì)方案落實(shí)到硬件上，提高設(shè)計(jì)方案的可行性。

二、仿真技術(shù)在汽車電子中應(yīng)用分析

1.建立數(shù)學(xué)模型。計(jì)算機(jī)仿真即利用數(shù)學(xué)形式將實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律表達(dá)出來(lái)，一般情況下為微分方程或者差分方程，最后通過(guò)計(jì)算機(jī)以數(shù)值求解的方式完成方程的解答。在進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)前，應(yīng)先將電子系統(tǒng)原理圖中所有零部件抽象化并建立數(shù)學(xué)模型。一般情況下，為滿足系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真要求，應(yīng)開(kāi)發(fā)一個(gè)或者一組模型。通過(guò)對(duì)電路特性的研究，針對(duì)不同物理器件來(lái)建模，存在部分情況需要對(duì)大型電路或者系統(tǒng)建模。系統(tǒng)零部件數(shù)學(xué)模型質(zhì)量與仿真設(shè)計(jì)結(jié)果有著直接聯(lián)系，應(yīng)合理設(shè)置各模型的參數(shù)屬性，并且在不斷計(jì)算與試驗(yàn)中對(duì)數(shù)模進(jìn)行修正與完善。在受到外界一定條件影響下，從系統(tǒng)一定初始狀態(tài)出發(fā)，所經(jīng)歷的尤其內(nèi)部固有特性決定了整個(gè)動(dòng)態(tài)工程，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)、輸入與輸出之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，就可以確定其性能屬性。

2.系統(tǒng)原理仿真。在仿真設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)仿真軟件將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)上運(yùn)行的仿真模型，并根據(jù)仿真模型來(lái)編制仿真程序。在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)后，可以隨時(shí)得出各個(gè)子系統(tǒng)或者零部件的瞬時(shí)工作狀態(tài)以及性能參數(shù)變化，包括電流、電壓、功率以及轉(zhuǎn)矩等參數(shù)的波形變化，通過(guò)對(duì)各類波形與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，即可確定設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，最終對(duì)其進(jìn)行改善即可。

3.雙電壓系統(tǒng)。對(duì)于雙電壓系統(tǒng)，需要將用電設(shè)備分成兩各部分，即中小功率負(fù)載與大功率負(fù)載。小功率負(fù)載主要通過(guò)14V電壓完成供電，如中控鎖、室內(nèi)燈、儀表、收音機(jī)等主要車身電子設(shè)備；大功率負(fù)由42V電壓供電，如電控機(jī)械制動(dòng)裝置、三元催化轉(zhuǎn)換加熱器、電控機(jī)械氣門(mén)正時(shí)裝置以及電控懸架等，主要為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)系統(tǒng)電子設(shè)備等。汽車雙電壓供電系統(tǒng)中含有兩個(gè)關(guān)鍵性部件，即DC/DC變換器以及啟動(dòng)發(fā)電機(jī)，其中對(duì)于DC/DC變化器，主要是將交流發(fā)電機(jī)輸出的42V高電壓轉(zhuǎn)換成為14V電壓；而啟動(dòng)發(fā)電機(jī)一般會(huì)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間，通過(guò)半導(dǎo)體整流-逆變功率變化器，實(shí)現(xiàn)交流發(fā)電機(jī)的功能，發(fā)出42V高電壓，同時(shí)也可以在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)作用，在啟作用實(shí)現(xiàn)時(shí)，其直接作用于啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)時(shí)間僅為0.5s，設(shè)備所具有的噪音比較小[3]。

4.仿真模型修改完善。通過(guò)對(duì)汽車電子系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)，一般情況下得出的初步結(jié)果與理想值存在一定的偏差，為達(dá)到電子設(shè)計(jì)結(jié)果，就需要對(duì)初步結(jié)果進(jìn)行研究分析，通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行全面對(duì)比，完成系統(tǒng)嚴(yán)厲與數(shù)學(xué)模型的修改。通過(guò)仿真軟件可以實(shí)現(xiàn)分析工作，如直流工作點(diǎn)分析、順態(tài)分析、交流小信號(hào)分析等，在進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)在模型參數(shù)值浮動(dòng)的范圍內(nèi)隨機(jī)取樣，然后完成所取數(shù)值的分析，測(cè)定器件參數(shù)在特定范圍內(nèi)浮動(dòng)對(duì)輸出的影響，進(jìn)而可以不斷完善模型設(shè)計(jì)。

結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)在仿真技術(shù)逐漸被應(yīng)用到新車型的開(kāi)發(fā)中，并且取得了一定的成果，尤其是在選擇發(fā)動(dòng)機(jī)容量參數(shù)上取得顯著的效果。想要進(jìn)一步提升仿真技術(shù)在汽車電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果，必須要不斷加強(qiáng)對(duì)此方面的研究，選擇合適的仿真軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，爭(zhēng)取進(jìn)一步縮短汽車開(kāi)發(fā)的周期，提高設(shè)計(jì)的綜合效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭引弟，王艷超.仿真技術(shù)在汽車電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2013，13：127-128.

[2] 雍建軍，章一舫.仿真技術(shù)在汽車電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].汽車電器，2010，05：8-11.

[3] 李元?jiǎng)?電動(dòng)汽車電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)與Multisim仿真[D].青島大學(xué)，2014，54，65-66.

（作者單位：西華大學(xué)）

作者簡(jiǎn)介

張珂（1990-），男，四川眉山，學(xué)歷：本科，研究方向：汽車電子。