仿真技術(shù)在汽車電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

　　    還有一種更直接的建立數(shù)學(xué)模型的方法，就是模擬硬件描述語言（AHDL）的含義。MAST就是一種AHDL, SABER仿真器可以仿真用MAST AHDL描述的網(wǎng)表。

　　零部件的模型是建立在大量計(jì)算和試驗(yàn)基礎(chǔ)上的，SABER軟件提供了大量的零部件庫文件，對于類似的零件只需修改其屬性參數(shù)值即可。

　　2.2 對系統(tǒng)原理進(jìn)行仿真

　　    在仿真過程中，將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)變成為計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的仿真模型，是由SABER軟件系統(tǒng)來完成的，并同時(shí)根據(jù)仿真模型編制出仿真程序。通過對系統(tǒng)的仿真，可以隨時(shí)得出各個(gè)子系統(tǒng)或零部件的瞬時(shí)工作狀態(tài)及性能參數(shù)變化，如電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)矩等各參數(shù)的波形。通過對這些波形與實(shí)際試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對比分析，找出兩者的差別，從而修正原設(shè)計(jì)。

　　如先前所提及的，安全性和舒適性的需求導(dǎo)致了新的、高能耗的負(fù)載。這些負(fù) 載可能隨著汽車產(chǎn)品的進(jìn)一步電子化，汽車電子控制裝置得到更多的應(yīng)用，所消耗的電能也將大幅度地增加。現(xiàn)有的12V動力電源已滿足不了汽車上所有電氣系統(tǒng)的需要，今后將采用集成的42V起動機(jī)-發(fā)電機(jī)供電系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)最大輸出功率將由目前的1.4kW提高到8kw左右，發(fā)電效率將會達(dá)到80%以上。伺時(shí)，電壓等級的提升還將同時(shí)帶來許多新的問題。12V/42V汽車雙電壓系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

　　2.2.1 雙電壓系統(tǒng)

　　在雙電壓系統(tǒng)中，把用電設(shè)備分成兩部分：中小功率負(fù)載由14V電壓供電，如室內(nèi)燈、中控鎖、收音機(jī)、儀表、車載導(dǎo)航系統(tǒng)等主要為車身電子設(shè)備；大功率負(fù)載，如電控機(jī)械制動裝置、電控機(jī)械氣門正時(shí)裝置、三元催化轉(zhuǎn)換加熱器、電控懸架等，主要為發(fā)動機(jī)、底盤系統(tǒng)電子設(shè)備，由42V電壓供電。此雙電壓供電系統(tǒng)有兩個(gè)關(guān)鍵器件，一個(gè)是DC/DC變換器，它能把交流發(fā)電機(jī)輸出的42V高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?14V的電壓。另一個(gè)，是裝在發(fā)動機(jī)和變  速器之間的起動-發(fā)電機(jī)，借助一個(gè)半導(dǎo)體整流-逆  變功率變換器，它不僅充當(dāng)交流發(fā)電機(jī)，發(fā)出42V的高電壓，而且在發(fā)動機(jī)起動時(shí)還作為起動機(jī)用。由于它是直接起動發(fā)動機(jī)，起動時(shí)間僅為0.5s，所以噪聲很小。

　　 2.2.2 起動機(jī)／發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

　　大功率起動機(jī)與發(fā)電機(jī)（Integrated Starter/Alternator，ISA）的轉(zhuǎn)矩特性一致，因此，集成兩種設(shè)備于一體在技術(shù)上是可行的，在經(jīng)濟(jì)上的效益也顯而易見。如圖4所示的輸出功率與內(nèi)燃機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線，ISA讓內(nèi)燃機(jī)的速度達(dá)到600v/min的起動速度，然后切換到發(fā)電模式。由于42V系統(tǒng)能夠提供足夠的電能，發(fā)動機(jī)在極短的時(shí)間內(nèi)起動且  在點(diǎn)火前達(dá)到更高的轉(zhuǎn)速，這樣可以降低低轉(zhuǎn)速下的排放，換句話說，使得汽車重起動變得更加容易。

　　2.2.3 雙電壓系統(tǒng)中42V供電系統(tǒng)

　　    在運(yùn)行中，雙電壓系統(tǒng)的電壓隨著轉(zhuǎn)速變化而變化，電壓峰值對電器元件的影響是非常明顯的。圖5所示的是雙電莊系統(tǒng)中42V供電系統(tǒng)的變化曲線，非常清晰地顯示了在轉(zhuǎn)速急劇變化時(shí)電壓的瞬時(shí)值，此脈沖電壓峰值在電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選擇電子電器元件時(shí)有著非常重要的參考價(jià)值。

　　在仿真過程中，主要分兩種類型進(jìn)行。為了描述簡單，這里將42V與14V分開進(jìn)行討論。第一種方法，全部打開所有的電子設(shè)備，可以觀察到整個(gè)系統(tǒng)及各個(gè)電子器件的電壓、電流波形，以及各個(gè)電子電器設(shè)備互相切換或同時(shí)打開時(shí)的電壓、電流波形。同時(shí)，很方便地觀察到在拋載狀況時(shí)的峰值電壓波形，局部拋載或全部拋載對系統(tǒng)的影響。

　　2.2.4 14V供電系統(tǒng)

　　14V電壓系統(tǒng)主要用于各控制單元，對波形要求甚高。若峰值電壓及電流產(chǎn)生嚴(yán)重的脈動，使蓄電池兩端電壓產(chǎn)生脈動干擾，控制單元搭鐵（蓄電池負(fù)極）電位也將隨之產(chǎn)生脈動干擾。如果這個(gè)干擾脈沖幅值過大，就會造成原有信號的丟失，引起控制失靈。觀察峰值電壓的波形，判定是否符合系統(tǒng)要求。14V線路上的電壓波形如圖6所示。

　　2.3 對仿真模型進(jìn)行修改、檢驗(yàn)

　　通過對系統(tǒng)的仿真，得出的初步結(jié)果往往不能與理想的目標(biāo)相一致，還需要通過分析研究，以及與試驗(yàn)進(jìn)行對比，對系統(tǒng)原理或數(shù)學(xué)模型進(jìn)行修改。SABER提供多種仿真分析，如：直流工作點(diǎn)分析、交流小信號分析、順態(tài)分析、蒙特卡羅分析（在模型參數(shù)值浮動范圍內(nèi)隨機(jī)取樣，對所取的參數(shù)進(jìn)行分析，檢驗(yàn)器件參數(shù)在一定范圍內(nèi)浮動對輸出的影響）、零極點(diǎn)分析等。結(jié)合多種分析，加以對仿真模型的完善。

　　3 結(jié)束語

　　在新車型的開發(fā)中初步使用仿真技術(shù)已經(jīng)收到了一定的成效，特別是在選擇發(fā)電機(jī)容量參數(shù)上獲得了明顯的效果。仿真技術(shù)的應(yīng)用隨著經(jīng)驗(yàn)的豐富和積累，必將對汽車電子電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的先進(jìn)性及縮短開發(fā)周期起到重要的推動作用。