汽车电子设计中仿真技术的运用

仿真技术是一门利用系统模型对实际或设想的系统进行动态验证的技术，仿真技术综合控制论、系统论、相似原理和信息技术，以计算机和专用设备为工具，能够模拟汽车或飞机驾驶训练，在汽车工业中有着广泛的应用。现代的汽车制造业，对电子设备依赖程度越来越大，随着人们对汽车安全性能要求不断提高，仿真技术在汽车电子设计中得到了广泛应用。仿真技术在汽车电子设计中的应用，缩短了汽车电子系统的研发周期，提高了汽车电子系统设计的安全系数，并帮助工程师在电子系统应用于实践之前发现问题，大大的提高了汽车电子系统的研发效率，推进了汽车工业的发展。 1 仿真技术概述 1.1 仿真技术在汽车电子设计中的应用优势 信息时代的来临，汽车中应用的电子设备越来越多。电子设备在汽车中的应用，不仅提高了汽车的安全系数，还优化了汽车的驾驶体验，推动了汽车行业的发展。但在汽车新产品研发时，却由于汽车电子系统研发成本过高，限制了汽车行业的发展。仿真技术的出现，为汽车电子系统设计提供了强大的工具。利用仿真技术，工程师可以利用计算机和仿真软件，来模拟汽车的运行状态，并在虚拟现实中对汽车电子系统的设计进行仿真验证。这一研发模式，极大的缩短了汽车电子系统的研发周期，并降低了汽车电子系统研发的资金投入量。我国作为发展中国家，近年来汽车工业的飞速发展正是基于仿真技术的应用实现的。随着计算机互联网技术的发展，仿真技术在汽车研发和制造领域的技术优势更是与日凸显，如何在汽车电子设计中应用好仿真技术，已经成为决定汽车制造企业研发能力的关键之一。 1.2 SABER仿真软件与汽车电子设计 SABER仿真软件是美国Analogy公司于1987年推出的模拟机混合信号仿真软件，该软件能够同时对模拟信号、事件驱动模拟信号、数字信号和模数混合信号设备进行仿真，被广泛应用于电子学、电力电子学、电机工程、机械工程、水利、光学和控制系统等研发和数据采样中。该系统在汽车电子设计中的应用，代表着我国汽车电子设计技术进入新的阶段。SABER软件能够分析从SOC到大型系统之间的设计，并模拟数字电路及混合电路，通过仿真内核的运算和模拟，给出与真实实验相似的实验数据，从而帮助设计人员检验设计方案。在现代汽车制造工业中，包括ABS防抱死系统、安全气囊系统、发动机控制系统、车身控制系统均能够运用SABER仿真软件进行仿真检验，帮助设计人员发现设计中存在的问题。该系统目前已经被很多西方汽车制造研发企业定位行业标准，推动了我国汽车制造业和世界汽车制造业的技术发展。 2 汽车电子设计中仿真技术的运用 汽车电子设计中仿真技术的运用，主要分为建立数学模型、系统原理仿真和仿真模型的检验修改三个阶段。通过在汽车电子设计中应用仿真技术，有效的降低了汽车电子系统设计验证的资金投入，并提高了工程师的工作效率和质量。 2.1 建立数学模型 数学模型的建立，是运用仿真系统设计和检验汽车电子系统的第一步，也是最基础和最关键的一步。计算机仿真软件的根本运行原理就是将实际系统运行的规律转为数学方式，即微分和差分方程来表达。为了实现对汽车电子系统的发展检验，在建立数学模型时，需要将系统原理图中的所有部件及其运动状态转化为数学模型，转化完成的数学模型综合到一起，才能形成一组模拟仿真系统。因此，在建立数学模型中，零部件的数学建模质量将直接影响到仿真系统的真实性，并决定了仿真系统的运算结果是否与系统的实际运行相似。为了提高数学模型的建立效率，工程师在建立一系列数学模型时，会对相似的元件归类为同一种数学模型，这样虽然会拉大仿真软件与现实的差距，但却能够极大的缩短开发周期，实现开发成本的节约。 2.2 系统原理的仿真 汽车电子设计中应用仿真技术时，是采用计算机程序运算，来模拟汽车电子系统中各个子系统和零部件在工作中的电压、电流、功率等参数变化，通过对这些参数变化的波形分析，来找到实际试验与模拟仿真质检单额区别，从而发现涉及疏漏或问题，对电子系统的设计实施改进措施。在汽车电子系统设计中，仿真系统能够实现对双电压系统、供电系统、起动机和发电机系统以及双电压42V系统的仿真验证。 汽车的双电压系统设计，将汽车的高电压设备和低电压设备区分开来，不仅是保证汽车安全性的关键，还是降低汽车能耗的重要技术。通过运用仿真技术，能够对双电压系统的运行效率和安全性进行验证，以确保汽车电子设计中双电压系统的安全性和可靠性。 14V电压系统主要用于各控制单元，该系统对波形有极高的要求。如果14V电压系统存在问题，将其应用于汽车时将会由于峰值电压和电流产生的脉动，对蓄电池造成干扰，发生蓄电池电位波动性变化，导致其他控制系统的控制信号失灵，给汽车的行车安全带来致命的威胁。运用仿真软件，能够检验14V系统对蓄电池干扰的影响度，确保其不会影响到控制系统的工作，避免由于电位波动导致控制系统失灵。 起动机和发电机由于都具有相同的转矩特性，所以可以设计一种设备集合这两种机器的特点。如果设计成功，并投入大规模的生产中，则可以获得的利益是难以想象的。这种将两种设备集于一体的技术是科学家努力创新而创造出来的财富。这种系统可以让发动机在很快的时间内启动，并且发动机启动以后，切换到发电的模式，使汽车的重启动更加容易。 双电压系统中的42v供电系统，如果在设计中电子元件选择错误，将会由于电压随转速变化的提高，导致电子元器件被烧毁，带来巨大的行车安全隐患。而采用模拟仿真技术，则能够测试电子元器件的所需承受的电压峰值，更加科学的进行选择，保证系统安全。 2.3 仿真系统的检验和修改 仿真系统只是运用计算机技术和数学原理对汽车电子设计的运行状态进行模拟实验，其与实际试验还是有很大差距的。因此，在运用SABER软件中，需要通过严谨的实验对比，确定仿真结果与现实存在的差距，并在此基础上对电子设计进行优化，以不断提高汽车电子系统设计的质量，促进汽车工业的发展。 综上所述，在现如今的汽车研发与制造中，运用仿真技术对设计方案进行检验和修改，已经成为汽车研发的必须技术之一。近年来，我国汽车工业发展迅速，这离不开我国汽车电子设计中仿真技术应用的日渐成熟。相信随着仿真技术的发展，我国汽车研发和制造将会迎来新一轮的发展，为我国经济的发展做出更大的贡献。

文章来源：《电子设计工程》 网址: http://www.dzsjgc.cn/qikandaodu/2020/1102/748.html