仿真技术在汽车电子设计中的应用

　　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。

　　1 SABER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_p fU In_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。