汽车电子设计中仿真技术的应用分析

引言：在汽车技术开发迅速的背景下，逐渐有更多的新型技术被应用到汽车设计中，可以有效的缩短汽车总体开发周期，同时可以降低开发试验成本。仿真技术是现在被广泛用于汽车电子设计中的一种新兴技术，通过专业仿真技术的应用，结合汽车电子设计特点以及要求，利用仿真结果不断对原设计进行验证与完善，提高汽车电子设计的合理性与有效化。本文分析了汽车电子设计中仿真技术的应用策略。

电子设计是汽车设计周期中的重点，在设计管理上存在一定的难度，传统的设计方式需要借助各种液压、机械与电子零部件等来对汽车各子项系统功能进行验证，周期与成本控制难度比较大。为提高汽车电子设计的效率，可以将仿真技术应用到其中，选择合适的仿真软件等，来对汽车系统进行建模与分析，可以节约大量的试验设备与试验时间，达到缩短设计周期，降低成本的目的。

一、EDA仿真技术分析

EDA仿真技术现在已经被广泛的应用到汽车电子设计中，主要是利用计算机为工具，设计人员通过EDA软件平台，用硬件描述语言VHDL进行文件设计，最后通过计算机自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局以及仿真等，最终完成对特定目标芯片的适配翻译、逻辑映射与编程下载等。将EDA仿真技术应用到汽车电子设计中，可以有效提高电路设计的可操作性，降低了工作量。其中EDA技术中存在的Multisin仿真设计软件可以在汽车电子线路中实现软件仿真技术所具有的虚拟设计功能[1]。

Multisin仿真设计软件可以完成对模拟、数字以及混合电路进行电路性能仿真与分析，主要包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式等，交由比较高的仿真分析能力。第一，直观的图形界面。在軟件操作界面，绘制电路所需要的元器件，以及仿真所需要的测试仪器可以直接拖放在屏幕界面上，通过鼠标就可以将各个器件连接起来。并且还可以直接通过仪观察到数据、波形以及特性曲线等。第二，较高的仿真能力。软件引擎为SPICE3F5和Xspice的内核，通过Electronic workbench带有的增强设计功能可以完成数据与混合模式仿真性能的优化，如MCU仿真、RF仿真、VHDL仿真等[2]。第三，丰富的元器件。可以完成对原件各种参数的编辑与修改，并且可以利用模型生成器与代码模式创建模型等功能，来达到创建自己元器件的目的。将此种仿真软件应用到汽车电子设计中，可以有效减少资源的浪费，缩短系统设计周期。并且，通过仿真设计软件所具有的虚拟性特点，设计人员能够在计算机平台内完成模拟试验，对于存在的错误可以及时更改，最后将完善的设计方案落实到硬件上，提高设计方案的可行性。

二、仿真技术在汽车电子中应用分析

1.建立数学模型。计算机仿真即利用数学形式将实际系统的运行规律表达出来，一般情况下为微分方程或者差分方程，最后通过计算机以数值求解的方式完成方程的解答。在进行仿真设计前，应先将电子系统原理图中所有零部件抽象化并建立数学模型。一般情况下，为满足系统计算机仿真要求，应开发一个或者一组模型。通过对电路特性的研究，针对不同物理器件来建模，存在部分情况需要对大型电路或者系统建模。系统零部件数学模型质量与仿真设计结果有着直接联系，应合理设置各模型的参数属性，并且在不断计算与试验中对数模进行修正与完善。在受到外界一定条件影响下，从系统一定初始状态出发，所经历的尤其内部固有特性决定了整个动态工程，通过对系统、输入与输出之间的动态关系，就可以确定其性能属性。

2.系统原理仿真。在仿真设计过程中，通过仿真软件将数学模型转变为计算机上运行的仿真模型，并根据仿真模型来编制仿真程序。在实现系统的仿真设计后，可以随时得出各个子系统或者零部件的瞬时工作状态以及性能参数变化，包括电流、电压、功率以及转矩等参数的波形变化，通过对各类波形与试验结果的对比，即可确定设计中存在的问题，最终对其进行改善即可。

3.双电压系统。对于双电压系统，需要将用电设备分成两各部分，即中小功率负载与大功率负载。小功率负载主要通过14V电压完成供电，如中控锁、室内灯、仪表、收音机等主要车身电子设备；大功率负由42V电压供电，如电控机械制动装置、三元催化转换加热器、电控机械气门正时装置以及电控悬架等，主要为汽车发动机、底盘系统电子设备等。汽车双电压供电系统中含有两个关键性部件，即DC/DC变换器以及启动发电机，其中对于DC/DC变化器，主要是将交流发电机输出的42V高电压转换成为14V电压；而启动发电机一般会安装在发动机与变速器之间，通过半导体整流-逆变功率变化器，实现交流发电机的功能，发出42V高电压，同时也可以在发动机启动时实现启动作用，在启作用实现时，其直接作用于启动发动机，启动时间仅为0.5s，设备所具有的噪音比较小[3]。

4.仿真模型修改完善。通过对汽车电子系统的仿真设计，一般情况下得出的初步结果与理想值存在一定的偏差，为达到电子设计结果，就需要对初步结果进行研究分析，通过与试验结果进行全面对比，完成系统严厉与数学模型的修改。通过仿真软件可以实现分析工作，如直流工作点分析、顺态分析、交流小信号分析等，在进行分析时，应在模型参数值浮动的范围内随机取样，然后完成所取数值的分析，测定器件参数在特定范围内浮动对输出的影响，进而可以不断完善模型设计。

结束语

现在仿真技术逐渐被应用到新车型的开发中，并且取得了一定的成果，尤其是在选择发动机容量参数上取得显著的效果。想要进一步提升仿真技术在汽车电子设计中的应用效果，必须要不断加强对此方面的研究，选择合适的仿真软件进行设计，争取进一步缩短汽车开发的周期，提高设计的综合效益。

参考文献

[1] 郭引弟，王艳超.仿真技术在汽车电子设计中的应用[J].电子技术与软件工程，2013，13：127-128.

[2] 雍建军，章一舫.仿真技术在汽车电子设计中的应用[J].汽车电器，2010，05：8-11.

[3] 李元胜.电动汽车电路系统设计与Multisim仿真[D].青岛大学，2014，54，65-66.

（作者单位：西华大学）

作者简介

张珂（1990-），男，四川眉山，学历：本科，研究方向：汽车电子。