汽车电子网 汽车电子设备的配置已成为当今汽车发展的潮流,电子技术的应用几乎深人到了汽车所有的系统当中。
汽车电子设计已成为汽车系统设计中的重点和难点。传统方式下的汽车设计者不得不借助各种机械的、液压的、电子的汽车零部件以验证汽车各子系统的功能,开发周期长,成本居高不下。为了缩短开发周期、降低开发成本,人们引入了SABER仿真技术进行汽车系统技术的验证和开发。
SABER仿真技术通过对整个汽车系统进行有效的建模和分析,能够节约大量的试验设备和试验时间。国际上几大跨国汽车公司都已使用SABER仿真技术进行设计,如美国通用、大众、克莱斯勒等。目前,国内有泛亚技术中心能够运用此项技术与通用(北美)进行同步开发。
1SABER软件仿真技术
SABER软件是一个在数学模拟及硬件设计方面功能卓著的仿真工具。对于复杂的混合信号设计和验证问题,SABER软件为设计工程师提供了一种功能强大的混合信号行为仿真器。由于混合信号硬件描述语言——MAST的支持,SABER软件实现了单一内核混合信号及混合技术的仿真,完全改变了模拟电路仿真的现状。SABER软件在混合技术领域具有多个仿真引擎,可以分别处理不同领域的设计单元,且遵循相应的守恒定律,支持电力系统、机电一体化、机械系统、电子系统、光电控制系统、液压系统等系统单元。现在,SABER软件在汽车和飞机制造领域已得到广泛的应用。尤其是在汽车制造领域,许多欧美公司已将它定为行业标准,并投资SABER软件的发展以不断满足新的设计需要。
SABER软件具有明显的优势:分析从SOC到大型系统之间的设计,包括模拟电路、数字电路及混合电路；通过单一的混合信号仿真内核就可以提供精确有效的仿真结果；通过对稳态、时域、频域、统计、可靠性及控制等方面的分析来检验系统性能。
SABER仿真器能够让设计人员对从汽车的最初设计方案(方框图)到由实际电路和机械实现的完整系统进行仿真。这种能力对于复杂运动控制系统的设计(如ABS系统、安全气囊系统、发动机控制系统、车身控制系统等)尤为重要。
2汽车电子仿真技术的应用
汽车在投产之前要经过大量的测试试验,对原设计不断地进行修正往往会耗费大量的物力和时间。在设计阶段,对各种状况进行模拟仿真、修正、完善设计,能够提高效率、缩短开发周期。使用SABER软件进行仿真,主要分为3个阶段:建立数学模型、对系统原理进行仿真和对仿真模型进行修改检验。
2.1建立数学模型
所谓计算机仿真就是将实际系统的运行规律用数学形式表达出来,它们通常是一组微分方程或差分方程,然后通过计算机采用数值求解法求解这些方程。
在仿真之前,首先对系统原理图中的所有零部件进行抽象化,建立数学模型,绘制系统的数学模型。为了对电路或系统进行计算机仿真,经常需要开发一个或一组模型。要研究电路的详细特性,可能要求对物理器件建模,有时还需要对大型电路或系统建模。系统模型可能无需和器件模型一样详尽,但作为大系统仿真的一部分,系统模型仍然非常有用。零部件数学模型的质量直接关系到仿真结果的准确性。通过对数学模型各种参数属性的设置来模拟零部件的功能,同时,经过大量计算和试验,不断修正、完善数模。对于同一类零部件可以共用一个(或一类)模型,通过调整数模参数值来实现零部件的更迭。这对于缩短开发周期、节省开发成本,起着至关重要的作用。
在一定外界条件(即输人或激励,包括外加控制与外加干扰)的作用下,从系统的一定初始状态出发,所经历的由其内部的固有特性(即由系统的结构与参数所决定的特性)决定了整个动态过程。研究系统及其输人、输出三者之间的动态关系,即可确定其性能的属性。图1是汽车音响系统中扬声器的物理模型,其中In_pfUIn_m作为输人信号、由电磁学可知,可以进一步将其简化为力f(t)输人。
于是可将其进一步简化为质量-阻尼-弹簧系统,如图2所示,图2中m、c、k分别表示质量、粘性阻尼系数、弹簧刚度。对系统而言,质量受外力f(t)的作用,质量位移为y(t)(实际扬声器衔铁的振幅),系统的动力学方程为my"(t)+cy'(t)+ky(t)=f(t),y(o)=yo,y'(o)=y'。
其中,y(0)与y'(0)分别为质量的初位移与初速度,这就是在输人作用于系统之前系统的初始状态。显然,此系统在任何瞬间的状态完全可以由质量的,y(t)与y'(t)这两个变动着的状态(即状态变量)在此瞬间的取值来刻画。因为y(t)在此瞬间的取值代表了位移的情况,y'(t)在此瞬间的取值代表了y(t)在此瞬间的变化趋势(速度)的情况。
还有一种更直接的建立数学模型的方法,就是模拟硬件描述语言(AHDL)的含义。MAST就是一种AHDL,SABER仿真器可以仿真用MASTAHDL描述的网表。
零部件的模型是建立在大量计算和试验基础上的,SABER软件提供了大量的零部件库文件,对于类似的零件只需修改其属性参数值即可。
2.2对系统原理进行仿真
在仿真过程中,将数学模型转变成为计算机上运行的仿真模型,是由SABER软件系统来完成的,并同时根据仿真模型编制出仿真程序。通过对系统的仿真,可以随时得出各个子系统或零部件的瞬时工作状态及性能参数变化,如电压、电流、功率、转矩等各参数的波形。通过对这些波形与实际试验的结果进行对比分析,找出两者的差别,从而修正原设计。
如先前所提及的,安全性和舒适性的需求导致了新的、高能耗的负载。这些负载可能随着汽车产品的进一步电子化,汽车电子控制装置得到更多的应用,所消耗的电能也将大幅度地增加。现有的12V动力电源已满足不了汽车上所有电气系统的需要,今后将采用集成的42V起动机-发电机供电系统,发电机最大输出功率将由目前的1.4kW提高到8kw左右,发电效率将会达到80%以上。伺时,电压等级的提升还将同时带来许多新的问题。12V/42V汽车双电压系统原理图如图3所示。
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（立帜）
