ANSOFT產(chǎn)品在汽車電子及系統(tǒng)設計中的應用
發(fā)布時間:2008/5/27 0:00:00 訪問次數(shù):429
    
    
    隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展和中國汽車制造業(yè)的強勁增長,現(xiàn)代電子技術(shù)、信息技術(shù)已經(jīng)成為汽車制造技術(shù)中不可或缺的一個主要分支。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,汽車電子產(chǎn)品的平均費用已占整車的30%左右。隨著燃油價格的飛漲和公眾對安全、節(jié)能和環(huán)保問題的高度關(guān)注,同時,消費者對汽車智能化、電子化、信息化、網(wǎng)絡化提出的更高要求,使得汽車電子產(chǎn)品已經(jīng)廣泛而深入地應用到汽車的各個子系統(tǒng)中。比如發(fā)動機和燃油控制系統(tǒng)、abs和汽車穩(wěn)定控制系統(tǒng)、燈光和照明系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、舒適便利裝備以及安全防護等各個方面。
    
    現(xiàn)在,汽車已經(jīng)成為高度機電一體化的產(chǎn)品,汽車電子產(chǎn)品的設計會涉及到機械、動力、電子、電磁、控制等多個領(lǐng)域,使汽車電子及系統(tǒng)的設計變得更加復雜和具有挑戰(zhàn)性,從而采用傳統(tǒng)的設計方法已無法應對,而需要更加先進的設計方法。作為業(yè)界領(lǐng)先的機電系統(tǒng)設計軟件商,ansoft公司以其強大的設計平臺,幫助工程師們應對汽車電子設計的各種挑戰(zhàn),并高效率地實現(xiàn)高性能的設計,以在激烈的市場競爭中占得先機。
    
    基于ansoft虛擬設計平臺的abs設計與分析
    
    傳統(tǒng)的機械式防抱死制動系統(tǒng)(abs)由于沒有電控單元(ecu),只能通過一些傳動裝置來模仿電子式abs的功能,這就要求駕駛者在剎車時要由輕到重地踩剎車踏板,才能使其制動效能發(fā)揮最好,而駕駛者在遇到緊急情況時的本能反映都是猛踩剎車踏板,因而汽車很容易“甩尾”或轉(zhuǎn)向失靈,從而造成交通事故。
    
    針對傳統(tǒng)機械式abs存在的問題,汽車生產(chǎn)商開發(fā)了電子式abs,因為電子式abs不需要駕駛者刻意去配合,而要求一腳到底踩剎車,因此,電子式abs遠比機械式abs安全。但是,電子式abs的設計將涉及到速度傳感器、電磁閥等電磁部件及整個系統(tǒng)的精確設計問題,傳統(tǒng)的方法是反復試制原型樣機,不僅造成人力、物力和時間的巨大浪費,而且在性能穩(wěn)定性方面將會面臨巨大挑戰(zhàn)。
    
    針對這一技術(shù)挑戰(zhàn),ansoft公司為abs廠商提供了一個綜合的虛擬設計平臺,不僅可以解決速度傳感器、電磁閥等電磁部件的精確設計問題,而且還可以實現(xiàn)abs從行為級到設備級的多層次建模、設計與分析。
    
    為使abs模型不用進行數(shù)學模型轉(zhuǎn)換和簡化就可在不同組織和仿真產(chǎn)品之間方便地交互,在ansoft機電系統(tǒng)仿真分析平臺simplorer中建立一個車輪的abs模型時,采用了國際標準的vhdl-ams建模語言,其模型如圖1所示。
    
    圖1中,ecu通過輪速感應器監(jiān)測車輪的轉(zhuǎn)速,當車輪快要抱死時,ecu會發(fā)出指令給電磁閥,通過調(diào)節(jié)進油閥和出油閥的開關(guān)信號,調(diào)節(jié)輸入車輪制動分泵的油量,以“一放一收”的形式來控制剎車,使車輪處于一種臨界抱死的間歇滾動狀態(tài),避免車輪抱死現(xiàn)象的發(fā)生,防止側(cè)滑和跑偏。
    
    
    
    圖1:采用vhdl-ams建模的abs行為級設計模型。
    
    圖1雖然建立了車輪的動態(tài)模型,但由于速度傳感器和電磁閥采用的是行為級模型,不能精確地模擬其電磁特性,因此仿真的模型和實際的系統(tǒng)之間具有一定的差距。為此,采用了maxwell 2d/3d分別對電磁閥和速度傳感器進行基于物理原型的精確建模和有限元分析,并通過參數(shù)化設計提取其simplorer系統(tǒng)仿真模型,從而在simplorer中建立了基于物理原型的設備級abs仿真分析模型,使仿真的結(jié)果更逼近真實系統(tǒng)的測試結(jié)果。
    
    由上述內(nèi)容可知:行為級abs模型可快速測試和分析abs的工作特性、驗證控制原理,并預測車輪和車輛速度降為零的時間,但由于其不能精確地考慮速度傳感器和電磁閥實際的電磁特性,因而仿真的結(jié)果和設備級模型相比,具有一定的差距,而這一差距就可能釀成車禍。由于基于物理原型的仿真結(jié)果可無限精度地逼近真實的測試結(jié)果,因此ansoft公司可針對abs的設計,提供從部件到系統(tǒng)、從行為級到設備級的多層次設計解決方案。
    
    
    
    圖2:行為級和基于物理原型的電磁閥設計模型及控制信號
    
    
    隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展和中國汽車制造業(yè)的強勁增長,現(xiàn)代電子技術(shù)、信息技術(shù)已經(jīng)成為汽車制造技術(shù)中不可或缺的一個主要分支。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,汽車電子產(chǎn)品的平均費用已占整車的30%左右。隨著燃油價格的飛漲和公眾對安全、節(jié)能和環(huán)保問題的高度關(guān)注,同時,消費者對汽車智能化、電子化、信息化、網(wǎng)絡化提出的更高要求,使得汽車電子產(chǎn)品已經(jīng)廣泛而深入地應用到汽車的各個子系統(tǒng)中。比如發(fā)動機和燃油控制系統(tǒng)、abs和汽車穩(wěn)定控制系統(tǒng)、燈光和照明系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)、舒適便利裝備以及安全防護等各個方面。
    
    現(xiàn)在,汽車已經(jīng)成為高度機電一體化的產(chǎn)品,汽車電子產(chǎn)品的設計會涉及到機械、動力、電子、電磁、控制等多個領(lǐng)域,使汽車電子及系統(tǒng)的設計變得更加復雜和具有挑戰(zhàn)性,從而采用傳統(tǒng)的設計方法已無法應對,而需要更加先進的設計方法。作為業(yè)界領(lǐng)先的機電系統(tǒng)設計軟件商,ansoft公司以其強大的設計平臺,幫助工程師們應對汽車電子設計的各種挑戰(zhàn),并高效率地實現(xiàn)高性能的設計,以在激烈的市場競爭中占得先機。
    
    基于ansoft虛擬設計平臺的abs設計與分析
    
    傳統(tǒng)的機械式防抱死制動系統(tǒng)(abs)由于沒有電控單元(ecu),只能通過一些傳動裝置來模仿電子式abs的功能,這就要求駕駛者在剎車時要由輕到重地踩剎車踏板,才能使其制動效能發(fā)揮最好,而駕駛者在遇到緊急情況時的本能反映都是猛踩剎車踏板,因而汽車很容易“甩尾”或轉(zhuǎn)向失靈,從而造成交通事故。
    
    針對傳統(tǒng)機械式abs存在的問題,汽車生產(chǎn)商開發(fā)了電子式abs,因為電子式abs不需要駕駛者刻意去配合,而要求一腳到底踩剎車,因此,電子式abs遠比機械式abs安全。但是,電子式abs的設計將涉及到速度傳感器、電磁閥等電磁部件及整個系統(tǒng)的精確設計問題,傳統(tǒng)的方法是反復試制原型樣機,不僅造成人力、物力和時間的巨大浪費,而且在性能穩(wěn)定性方面將會面臨巨大挑戰(zhàn)。
    
    針對這一技術(shù)挑戰(zhàn),ansoft公司為abs廠商提供了一個綜合的虛擬設計平臺,不僅可以解決速度傳感器、電磁閥等電磁部件的精確設計問題,而且還可以實現(xiàn)abs從行為級到設備級的多層次建模、設計與分析。
    
    為使abs模型不用進行數(shù)學模型轉(zhuǎn)換和簡化就可在不同組織和仿真產(chǎn)品之間方便地交互,在ansoft機電系統(tǒng)仿真分析平臺simplorer中建立一個車輪的abs模型時,采用了國際標準的vhdl-ams建模語言,其模型如圖1所示。
    
    圖1中,ecu通過輪速感應器監(jiān)測車輪的轉(zhuǎn)速,當車輪快要抱死時,ecu會發(fā)出指令給電磁閥,通過調(diào)節(jié)進油閥和出油閥的開關(guān)信號,調(diào)節(jié)輸入車輪制動分泵的油量,以“一放一收”的形式來控制剎車,使車輪處于一種臨界抱死的間歇滾動狀態(tài),避免車輪抱死現(xiàn)象的發(fā)生,防止側(cè)滑和跑偏。
    
    
    
    圖1:采用vhdl-ams建模的abs行為級設計模型。
    
    圖1雖然建立了車輪的動態(tài)模型,但由于速度傳感器和電磁閥采用的是行為級模型,不能精確地模擬其電磁特性,因此仿真的模型和實際的系統(tǒng)之間具有一定的差距。為此,采用了maxwell 2d/3d分別對電磁閥和速度傳感器進行基于物理原型的精確建模和有限元分析,并通過參數(shù)化設計提取其simplorer系統(tǒng)仿真模型,從而在simplorer中建立了基于物理原型的設備級abs仿真分析模型,使仿真的結(jié)果更逼近真實系統(tǒng)的測試結(jié)果。
    
    由上述內(nèi)容可知:行為級abs模型可快速測試和分析abs的工作特性、驗證控制原理,并預測車輪和車輛速度降為零的時間,但由于其不能精確地考慮速度傳感器和電磁閥實際的電磁特性,因而仿真的結(jié)果和設備級模型相比,具有一定的差距,而這一差距就可能釀成車禍。由于基于物理原型的仿真結(jié)果可無限精度地逼近真實的測試結(jié)果,因此ansoft公司可針對abs的設計,提供從部件到系統(tǒng)、從行為級到設備級的多層次設計解決方案。
    
    
    
    圖2:行為級和基于物理原型的電磁閥設計模型及控制信號