汽車電子設計中仿真技術的應用分析

引言：在汽車技術開發迅速的背景下，逐漸有更多的新型技術被應用到汽車設計中，可以有效的縮短汽車總體開發周期，同時可以降低開發試驗成本。仿真技術是現在被廣泛用于汽車電子設計中的一種新興技術，通過專業仿真技術的應用，結合汽車電子設計特點以及要求，利用仿真結果不斷對原設計進行驗證與完善，提高汽車電子設計的合理性與有效化。本文分析了汽車電子設計中仿真技術的應用策略。

電子設計是汽車設計周期中的重點，在設計管理上存在一定的難度，傳統的設計方式需要借助各種液壓、機械與電子零部件等來對汽車各子項系統功能進行驗證，周期與成本控制難度比較大。為提高汽車電子設計的效率，可以將仿真技術應用到其中，選擇合適的仿真軟件等，來對汽車系統進行建模與分析，可以節約大量的試驗設備與試驗時間，達到縮短設計周期，降低成本的目的。

一、EDA仿真技術分析

EDA仿真技術現在已經被廣泛的應用到汽車電子設計中，主要是利用計算機為工具，設計人員通過EDA軟件平臺，用硬件描述語言VHDL進行文件設計，最后通過計算機自動完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、布局以及仿真等，最終完成對特定目標芯片的適配翻譯、邏輯映射與編程下載等。將EDA仿真技術應用到汽車電子設計中，可以有效提高電路設計的可操作性，降低了工作量。其中EDA技術中存在的Multisin仿真設計軟件可以在汽車電子線路中實現軟件仿真技術所具有的虛擬設計功能[1]。

Multisin仿真設計軟件可以完成對模擬、數字以及混合電路進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試儀器可以直接拖放在屏幕界面上，通過鼠標就可以將各個器件連接起來。并且還可以直接通過儀觀察到數據、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的內核，通過Electronic workbench帶有的增強設計功能可以完成數據與混合模式仿真性能的優化，如MCU仿真、RF仿真、VHDL仿真等[2]。第三，豐富的元器件。可以完成對原件各種參數的編輯與修改，并且可以利用模型生成器與代碼模式創建模型等功能，來達到創建自己元器件的目的。將此種仿真軟件應用到汽車電子設計中，可以有效減少資源的浪費，縮短系統設計周期。并且，通過仿真設計軟件所具有的虛擬性特點，設計人員能夠在計算機平臺內完成模擬試驗，對于存在的錯誤可以及時更改，最后將完善的設計方案落實到硬件上，提高設計方案的可行性。

二、仿真技術在汽車電子中應用分析

1.建立數學模型。計算機仿真即利用數學形式將實際系統的運行規律表達出來，一般情況下為微分方程或者差分方程，最后通過計算機以數值求解的方式完成方程的解答。在進行仿真設計前，應先將電子系統原理圖中所有零部件抽象化并建立數學模型。一般情況下，為滿足系統計算機仿真要求，應開發一個或者一組模型。通過對電路特性的研究，針對不同物理器件來建模，存在部分情況需要對大型電路或者系統建模。系統零部件數學模型質量與仿真設計結果有著直接聯系，應合理設置各模型的參數屬性，并且在不斷計算與試驗中對數模進行修正與完善。在受到外界一定條件影響下，從系統一定初始狀態出發，所經歷的尤其內部固有特性決定了整個動態工程，通過對系統、輸入與輸出之間的動態關系，就可以確定其性能屬性。

2.系統原理仿真。在仿真設計過程中，通過仿真軟件將數學模型轉變為計算機上運行的仿真模型，并根據仿真模型來編制仿真程序。在實現系統的仿真設計后，可以隨時得出各個子系統或者零部件的瞬時工作狀態以及性能參數變化，包括電流、電壓、功率以及轉矩等參數的波形變化，通過對各類波形與試驗結果的對比，即可確定設計中存在的問題，最終對其進行改善即可。

3.雙電壓系統。對于雙電壓系統，需要將用電設備分成兩各部分，即中小功率負載與大功率負載。小功率負載主要通過14V電壓完成供電，如中控鎖、室內燈、儀表、收音機等主要車身電子設備；大功率負由42V電壓供電，如電控機械制動裝置、三元催化轉換加熱器、電控機械氣門正時裝置以及電控懸架等，主要為汽車發動機、底盤系統電子設備等。汽車雙電壓供電系統中含有兩個關鍵性部件，即DC/DC變換器以及啟動發電機，其中對于DC/DC變化器，主要是將交流發電機輸出的42V高電壓轉換成為14V電壓；而啟動發電機一般會安裝在發動機與變速器之間，通過半導體整流-逆變功率變化器，實現交流發電機的功能，發出42V高電壓，同時也可以在發動機啟動時實現啟動作用，在啟作用實現時，其直接作用于啟動發動機，啟動時間僅為0.5s，設備所具有的噪音比較小[3]。

4.仿真模型修改完善。通過對汽車電子系統的仿真設計，一般情況下得出的初步結果與理想值存在一定的偏差，為達到電子設計結果，就需要對初步結果進行研究分析，通過與試驗結果進行全面對比，完成系統嚴厲與數學模型的修改。通過仿真軟件可以實現分析工作，如直流工作點分析、順態分析、交流小信號分析等，在進行分析時，應在模型參數值浮動的范圍內隨機取樣，然后完成所取數值的分析，測定器件參數在特定范圍內浮動對輸出的影響，進而可以不斷完善模型設計。

結束語

現在仿真技術逐漸被應用到新車型的開發中，并且取得了一定的成果，尤其是在選擇發動機容量參數上取得顯著的效果。想要進一步提升仿真技術在汽車電子設計中的應用效果，必須要不斷加強對此方面的研究，選擇合適的仿真軟件進行設計，爭取進一步縮短汽車開發的周期，提高設計的綜合效益。

參考文獻

[1] 郭引弟，王艷超.仿真技術在汽車電子設計中的應用[J].電子技術與軟件工程，2013，13：127-128.

[2] 雍建軍，章一舫.仿真技術在汽車電子設計中的應用[J].汽車電器，2010，05：8-11.

[3] 李元勝.電動汽車電路系統設計與Multisim仿真[D].青島大學，2014，54，65-66.

（作者單位：西華大學）

作者簡介

張珂（1990-），男，四川眉山，學歷：本科，研究方向：汽車電子。