當(dāng)代汽車電子產(chǎn)品的開發(fā)與設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助工程軟件(CAE)。本文以某發(fā)動(dòng)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(jì)等諸多方面的應(yīng)用，為中國(guó)汽車電子設(shè)計(jì)工程師提供新的選擇。
汽車中電子成分的不斷增多是因?yàn)槭袌?chǎng)對(duì)汽車產(chǎn)品的要求與期望的不斷增加。例如，對(duì)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(duì)更高燃油效率的要求又引入了直噴發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)(Direct Injection)、隨換多缸系統(tǒng)(Displacement On Demand)、電子閥控系統(tǒng)(Electronic Valving)以及混合動(dòng)力型汽車(Hybrid Vehicle)。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(jì)過程變得更具有挑戰(zhàn)性。
對(duì)日趨復(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(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)序控制都是基于表格查找方法。這種方法對(duì)現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)來說有很多局限性，一是表格法不能將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特征考慮進(jìn)來；二是現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)需要控制的狀態(tài)從以前的幾百個(gè)到現(xiàn)在的上萬個(gè)，這樣，用表格查找的方法就很難實(shí)施，也無法再繼續(xù)提高發(fā)電機(jī)的性能。隨之而來，一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(shí)施過程不太隨發(fā)動(dòng)機(jī)的復(fù)雜程度而變，但需要一個(gè)較準(zhǔn)確的發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)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(cè)試、再研制、再測(cè)試的重復(fù)模式就顯得費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，成本也會(huì)相應(yīng)增加。
在這樣的背景下，越來越多的汽車電子廠家利用計(jì)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(jì)算機(jī)的虛擬平臺(tái)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(jì)、分析工作，只是在最后一步才進(jìn)行實(shí)際硬件實(shí)施。

與此類似的是燃?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(kù)，這些模型庫(kù)包含了許多汽車中用到的基本元部件，例如導(dǎo)線、保險(xiǎn)絲、點(diǎn)火器、發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱等等。這樣，汽車電子設(shè)計(jì)工程師可以很快地建立起所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模型。在油路和氣路控制完成后，就可以進(jìn)行點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在點(diǎn)火系統(tǒng)中，直接安插在點(diǎn)火器的點(diǎn)火線圈(ignition coil)的設(shè)計(jì)也是用FEA的方法設(shè)計(jì)出最優(yōu)的電磁特性。通過電子控制的方式將電能轉(zhuǎn)換成點(diǎn)火器所需要的高壓電弧，因?yàn)殡娀√匦?電壓高低、電弧延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火過程和運(yùn)行性能有很大影響，所以用CAE設(shè)計(jì)出的一個(gè)性能良好的點(diǎn)火系統(tǒng)很有意義。由計(jì)算機(jī)仿真出來的點(diǎn)火器上的電壓和電流波形圖與其后的實(shí)際測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果非常吻合。
本文小結(jié)
美國(guó)Ansoft公司EM工具是包括北美、歐洲及日本在內(nèi)的汽車電子行業(yè)內(nèi)的一種主流CAE產(chǎn)品，它的產(chǎn)品用于機(jī)電系統(tǒng)的仿真、分析、設(shè)計(jì)與優(yōu)化。EM工具包括：專用元部件設(shè)計(jì)軟件RMxprt和Pexprt；通用電磁系統(tǒng)的有限元分析軟件(FEA) Maxwell；通用的多物理域仿真軟件Simplorer組成。這些產(chǎn)品有機(jī)地組合在一起形成一個(gè)流暢、高效的設(shè)計(jì)平臺(tái)。以上實(shí)例說明，利用先進(jìn)的設(shè)計(jì)仿真軟件，像發(fā)動(dòng)機(jī)油氣點(diǎn)火系統(tǒng)這樣復(fù)雜的過程也可以在設(shè)計(jì)出實(shí)物之前進(jìn)行精確的性能分析。
Ansoft 的EM工具在汽車設(shè)計(jì)的其它方面也得到了廣泛的應(yīng)用，在下列汽車電子系統(tǒng)中，EM工具用來設(shè)計(jì)和分析傳感器、驅(qū)動(dòng)器、通訊和控制系統(tǒng)，它們包括：
動(dòng)力系統(tǒng)：包括油氣控制、點(diǎn)火系統(tǒng)、電水泵、電壓縮機(jī)和電控閥門系統(tǒng)等。
變速系統(tǒng)：包括電控液壓系統(tǒng)和舒適換速等。
底盤及懸掛系統(tǒng)：包括半積極和全積極懸掛系統(tǒng)。
軌道控制系統(tǒng)：包括ABS、電助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)、輪胎壓力管理系統(tǒng)(TPM)等。
車身電子：包括儀表盤系統(tǒng)、線束設(shè)計(jì)、照明和通訊等。
安全保護(hù)系統(tǒng)：包括側(cè)面氣囊傳感和引爆系統(tǒng)以及防翻滾系統(tǒng)等。
舒適方便設(shè)置：包括用于車椅、車門、雨刷、空調(diào)等等的小電機(jī)。