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1、汽車電子產(chǎn)品設(shè)計論文汽車電子產(chǎn)品設(shè)計論文汽車電子產(chǎn)品設(shè)計論文汽車電子產(chǎn)品設(shè)計論文　　當(dāng)代汽車電子產(chǎn)品的開發(fā)與設(shè)計在加速開發(fā)過程、降低開發(fā)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面廣泛地受益于計算機(jī)輔助工程軟件(CAE)。本文以某發(fā)動機(jī)的油氣控制和點(diǎn)火系統(tǒng)為例，說明Ansoft的EM工具在汽車電子與控制系統(tǒng)設(shè)計等諸多方面的應(yīng)用，為中國汽車電子設(shè)計工程師提供新的選擇?！　∑囍须娮映煞值牟粩嘣龆嗍且驗槭袌鰧ζ嚠a(chǎn)品的要求與期望的不斷增加。例如，對汽車安全系統(tǒng)的更高要求就產(chǎn)生了防抱死剎車(ABS)、軌道控制系統(tǒng)、防滑出、防翻滾及其側(cè)面氣囊保護(hù)等措施。對更高燃油效率的要求又引入了直噴發(fā)動機(jī)系統(tǒng)(DirectInje

2、ction)、隨換多缸系統(tǒng)(DisplacementOnDemand)、電子閥控系統(tǒng)(ElectronicValving)以及混合動力型汽車(HybridVehicle)。這些不斷增加的電子系統(tǒng)使汽車系統(tǒng)變得更為復(fù)雜，也使得這些系統(tǒng)的開發(fā)、設(shè)計過程變得更具有挑戰(zhàn)性?！　θ遮厪?fù)雜的汽車部件及電子系統(tǒng)，傳統(tǒng)的控制方法已顯得力不從心。例如，傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火時序控制都是基于表格查找方法。這種方法對現(xiàn)代發(fā)動機(jī)來說有很多局限性，一是表格法不能將發(fā)動機(jī)的動態(tài)特征考慮進(jìn)來；二是現(xiàn)代發(fā)動機(jī)需要控制的狀態(tài)從以前的幾百個到現(xiàn)在的上萬個，這樣，用表格查找的方法就很難實施，也無法再繼續(xù)提高發(fā)電機(jī)的性能。隨之而來，一

3、種代替這種方法的現(xiàn)代控制是基本模型的控制方法(。這種方法的實施過程不太隨發(fā)動機(jī)的復(fù)雜程度而變，但需要一個較準(zhǔn)確的發(fā)動機(jī)的動態(tài)模型。另外，汽車電子器件與系統(tǒng)的開發(fā)方式和過程也必須加快速度、降低成本、增加質(zhì)量才能滿足廠家的管理目標(biāo)。傳統(tǒng)的硬件研制、測試、再研制、再測試的重復(fù)模式就顯得費(fèi)時、費(fèi)力，成本也會相應(yīng)增加?！　≡谶@樣的背景下，越來越多的汽車電子廠家利用計算機(jī)輔助工程軟件來加速研發(fā)過程，降低研發(fā)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。具體做法是：廠家在計算機(jī)的虛擬平臺上來完成盡可能多(可高達(dá)80到90的工作量)的產(chǎn)品設(shè)計、分析工作，只是在最后一步才進(jìn)行實際硬件實施?！　o刷電機(jī)代替有刷電機(jī)油泵的設(shè)計實例　　我

4、們以發(fā)動機(jī)的油氣控制系統(tǒng)為例來說明設(shè)計過程。如圖1所示。首先，一個廠家決定用無刷電機(jī)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有刷電機(jī)油泵。它可以從RMxprt軟件開始，該軟件中有包含無刷電機(jī)在內(nèi)的13種電機(jī)和發(fā)電機(jī)模式。用戶只需要輸入與電機(jī)有關(guān)的設(shè)計參數(shù)，例如輸入電壓、功率、極數(shù)、永磁鐵類型等，RMxprt就可以自動設(shè)計出一個基本的無刷電機(jī)，并計算出該電機(jī)在不同運(yùn)營狀態(tài)(例如空載和全載)的性能參數(shù)，例如力矩、轉(zhuǎn)速和效率等?！　∪绻脩粝雽σ陨显O(shè)計的基本電機(jī)進(jìn)行更進(jìn)一步的分析與優(yōu)化，他可以選用全功能的FEA軟件。Maxwell是一套通用的用于電磁分析的FEA軟件。它可以對任意的兩維或三維的實體設(shè)計，其中每一物體可以有不

5、同的包括非線性的電磁特性，進(jìn)行與電磁場有關(guān)的靜態(tài)或動態(tài)的性能分析。例如，用戶可以分析一個電機(jī)內(nèi)的磁場強(qiáng)度的分布來確定定子槽距的間隙，或者調(diào)整空氣間隙來確定力矩的大小。同時Maxwell一個很重要的功能就是動態(tài)的損耗計算，包括由渦流和滯回引起的鐵芯損耗。由于Maxwell軟件的通用性，它可以用于除電機(jī)外任何包括電磁原理的系統(tǒng)分析與設(shè)計，例如可變磁阻的速度傳感器、電磁線圈(Solenoid)、電抗器以及變壓器等。　　電機(jī)設(shè)計完成后，其準(zhǔn)確的仿真模型可直接應(yīng)用于線路仿真系統(tǒng)軟件Simplorer中。這種從FEA模型直接生成線路模型的過程省去了很多對物理系統(tǒng)建模的繁雜過程。Simplorer是一個

6、以電路為核心并具有包括機(jī)械、液壓、熱能等多物理域的仿真系統(tǒng)軟件。與許多其他線路仿真軟件不同的是，Simplorer線路中所用的元件都是基于物理原理的模型，而不是行為模型。這樣，當(dāng)整個系統(tǒng)模型建成后，其行為由每個元件的物理特性所決定。在線路仿真中，電機(jī)驅(qū)動控制電路的設(shè)計和分析首先得到完成，這包括用固體開關(guān)元件和PWM的控制方法對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制。　　電路以外的系統(tǒng)設(shè)計實例　　此外，Simplorer還可用于電路以外的系統(tǒng)設(shè)計。在下面的油路控制示意圖(圖2)中，由上面設(shè)計的電機(jī)來驅(qū)動油泵。燃油通過油泵過濾器，油壓控制閥進(jìn)入電控噴頭。電噴頭的開關(guān)與時間的長短由電磁閥來控制，閥中所用的電磁線圈也是

7、由FEA的精確設(shè)計而來，電磁線圈的上端接電控部分，下端接電噴的滑體與頂針。這樣整個油路的控制的系統(tǒng)模型就完成了，油路的壓力及流量的動態(tài)特性就可以用仿真進(jìn)行分析和調(diào)試?！　∨c此類似的是燃?xì)饪刂葡到y(tǒng)，其中所有元部件模型均來自Simplorer軟件所隨帶的汽車和液壓系統(tǒng)模型庫，這些模型庫包含了許多汽車中用到的基本元部件，例如導(dǎo)線、保險絲、點(diǎn)火器、發(fā)動機(jī)和變速箱等等。這樣，汽車電子設(shè)計工程師可以很快地建立起所設(shè)計的系統(tǒng)模型。在油