CN113139360A

CN113139360A - 一种整车电路系统的仿真建模方法

Info

Publication number: CN113139360A
Application number: CN202110482559.2A
Authority: CN
Inventors: 甘霖; 刘冰清; 金灿灿; 王强; 龙昭灯
Original assignee: Chongqing Changan Automobile Co Ltd
Current assignee: Chongqing Changan Automobile Co Ltd
Priority date: 2021-04-30
Filing date: 2021-04-30
Publication date: 2021-07-20
Anticipated expiration: 2041-04-30
Also published as: CN113139360B

Abstract

本发明在于提供一种整车电路系统仿真的建模方法，能够减少模型的重复建模。本发明实施例提供了一种整车电路系统仿真建模方法，包括：步骤S1，收集整车电路系统需要进行建模的电器件信息；步骤S2，对所收集的电器件信息按照预设分类信息进行种类划分；步骤S3，针对种类划分后的每一类型的电器件分别进行建模：先进行物理层建立，再进行属性层建立，最后进行交互层建立；其中，所述物理层中记录有电器件的物理架构信息；所述属性层中记录有电器件的电气属性信息，所述属性层中电气属性信息是基于所述物理层的输入信号和/或输出信号进行参数赋值的；所述交互层中记录有电器件的逻辑架构信息。

Description

一种整车电路系统的仿真建模方法

技术领域

本发明是一种用于整车电路仿真测试中，模型分类和建模的一种方法。

背景技术

汽车电路设计分成原理设计、3D设计、线束设计三个部分，仿真主要针对原理部分，仿真主要致力于研究、逻辑功能的正确性，回路负载的匹配性，以失效模式。目前绝大部分主机厂在整车原理设计过程，采取通过人工检查和台架试验、整车电路试验的方式测探测发现设计初期的电路问题，这种测试流程和方法，成本高，效率低、发现问题不全面。所以更好的运用仿真对电路系统进行测试，能节约成本、提高效率。那么要做电路仿真，首先要对对系统各个部件进行建模，仿真怎么建立仿真模型是一个比较大的难题，本专利对于整车电路系统模型分类和分层、以及怎样建模进行了详细阐述。

发明内容

本发明在于提供一种整车电路系统仿真的建模方法，能够减少模型的重复建模。

本发明的技术方案为：

本发明实施例提供了一种整车电路系统仿真建模方法，包括：

步骤S1，收集整车电路系统需要进行建模的电器件信息；

步骤S2，对所收集的电器件信息按照预设分类信息进行种类划分；

步骤S3，针对种类划分后的每一类型的电器件分别进行建模：先进行物理层建立，再进行属性层建立，最后进行交互层建立；其中，所述物理层中记录有电器件的物理架构信息；所述属性层中记录有电器件的电气属性信息，所述属性层中电气属性信息是基于所述物理层的输入信号和/或输出信号进行参数赋值的；所述交互层中记录有电器件的逻辑架构信息。

其中，步骤S3中，

所述物理层中记录的物理架构信息包括：对应类型电器件的等效结构，以及所述等效结构的各输入PIN脚和各输出PIN脚；

所述属性层中的电气属性信息包括：电器件的通用电气属性信息和自定义电气属性信息；

所述交互层中的逻辑架构信息包括：所建模的电器件的唯一识别编码，电器件的定性编程信息和定量编程信息以及各接口的属性信息。

其中，步骤S2中：进行电器件分类后获得的电器件类型包括：开关类型、电机类型、导线类型、保险类型、电阻类型、继电器类型、搭铁类型、电源类型、电器元件类型和其他类型。

本发明的有益效果为：

通过对整车电器进行分类，在建模时，对分类模型建立一个模型，通过对建立的电器件模型的属性进行参数赋值，使其能够作为不同参数的电器件模型，可以大幅度减少模型的搭建所需的工作量和时间。

附图说明

图1为电机的符号示意图；

图2为本实施例中的电器等效结构示意图；

图3为本实施例中的模型结构示意图；

图4为本实施例中的建模流程示意图；

图5为利用本实施例中的建模结果进行测试台架搭建的示意图。

具体实施方式

本实施例一种整车电路系统仿真建模方法，其首先要收集整车系统需要建立的电器件，所收集到的电器件包含相关的信息如图4所示：1逻辑架构、2物理架构、3电气参数、4电器符号等信息。再对电器件进行分类，包含6开关类、7电机类、8导线类、9保险类、10电阻类、11继电器类、12搭铁类、13电源类、14电器元件、15其他类等10大类。

分类后针对每种类型电器件进行建模，建模的时候，每个模型包括：16物理层、20属性层和25交互层。

其中，交互层中包含了：零部件在整车电路系统中的26识别编码，该识别编码需要确保在整车电路系统是唯一的编码，同一个零件在一个电路系统中出现多次，可以更改模型的识别编码来确保它在电路系统中的唯一性，，以此减少模型的重复建模，提高编程效率。

交互层中还包括：零部件的逻辑架构进行建模，以及判定；以及实现零部件的电阻、电流、电压大小进行赋值和判定，以及和电路系统中的其它零部件之间进行信息交换。仿真器所需要的信息都是通过交互层输入的，同时仿真器所需要发送出的信息也是通过交互层向外输出的。

交互层又分成：定性分析部分、定量分析部分、接口部分和模型编码部分。其中，定性分析部分只负责电器件的逻辑性能分析，分析速率较快，可以在较短的时间完成电器件的逻辑性分析；定量分析部分不仅需要进行电器件的逻辑计算，还需要对电器件的电气参数计算分析；因此，分析速率比较慢，常常需要较长的分析时间。

属性层：每类电器件都有其通用属性，通过通用属性可以改变电器件的参数，这样建立的一个电器模型可以重复利用，不必对整车电路系统中的同一类电器模型重新建模。

属性层在定性模式下反馈真假、而在定量模式下反馈参数。

物理层：对于同一类型的电器件模型来说，所建立的电器件模型中的定量模型和定性模型都具有相同的物理架构，把其他形式结构的电路等效转换成阻抗电路，转变成电器件的固有结构。每当建立的电器件模型的输入输出发生变化的时候，物理层传递电器结构到属性层，通过属性层赋值后，再传递到交互层。

下一步就是物理层结构转化：例如图1中APin这一引脚具备输入输出功能，BPin、CPin、DPin三个引脚则表示输出，当APin这一引脚输入电压12V时候，Ra-b这一段就产生了电流，电机M是否正常工作，取决Ra-b之间的电流方向和Ra-b这一段的电压Va-b。当它们都大于了对应的工作阀值时，则表示Ra-b这一段正常工作；若两个条件任何一个或两个不满足要求，则表示Ra-b这一段的工作标志位是0(假)，否则是1（真），交互层中的仿真器通过工作标志位置判定该电机M是否正常工作。只有Rab、Rcb、Rdb的工作标志位均为1，才能确定所建立的电器模型（即电机）功能全部自检正确。如果Rab、Rcb 、Rdb这三段中有一个或多个的工作标志位是0（假），则整个电器模型（电机）的工作标志位就是0（假），通过查看Rab、Rcb 、Rdb中的哪一段的工作标志位是0(假),就可以判定哪条电器回路出了问题。所以对应输入、输出和结构相互关联，结构不变，输入变化引起逻辑变化。输入正确，输出就表现正确，如果输入错误，输出就表现出相应的故障，模型对外输入输出都依靠模型PIN脚实现。

进一步地，需要对电器件的属性层定义，属性层主要是对电器件的一些属性进行设置，以便于多个同类的不同零部件公用一个模型，提高建模效率，比如灯泡5W的灯泡和10W的灯泡。现有技术中，对于同一类型不同规格的电器件来说，需要分别建立一个电器件模型。但是通过对属性层进行设置，使得交互层中的仿真器读取建立的电器件模型的属性层时可以把属性层中的某些属性（某些参数）定义成一个可以自定义修改的属性（参数），在需要应用该模型时只需要更改对应的属性即可。例如，针对上述功率不同的灯泡模型，当功率不同时候可以修改建立的灯泡属性中相应的属性值（功率）就可以将该灯泡模型当作新模型去使用。

例如，属性层中可以定义21Voltage（电压）、22Current（电流）、23Power（电源类型）、24Resistance（电阻）等属性，根据调整这些参数的属性值可以将建立的该电器件的模型当作一类电器件的模型使用。

完成了属性的定义就进行交互层的编制，交互层分成定性部分和定量部分，根据仿真器的需求，调用哪个部分，或者是同时调用。

以灯泡为例，对其建模时的抽象和逻辑具体为：对于一个灯泡的模型可以等效于一个定值电阻，如果考虑灯丝在灯泡的点亮过程，灯泡的电阻就是一个是一个曲线电阻，当灯泡稳定了，电阻也就稳定了，针对不同的用途可以对灯泡进行不同的建模，如果求电线的冲击耐受性，要考虑灯泡电流变化对导线、保险的影响，所建立的电器件模型越复杂精度越高，运算就越复杂，对计算设备要求就越高，时间要求也相应增加，如果提升仿真效率就需要简化模型建模，建立灯泡在稳态时候的模型。同样对于一个电机来说也是可以等效于一个定制电阻，但是考虑到电机和稳态和堵转的时候偏差较大，可以对电机进行状态设置，最小功率状态、额定功率状态和最大功率状态。例如：一个电机额定功率50W（9-16V）,堵转电流30A,对于电机的可以设置的属性值：Imax、P、Imin 。可以考察模型在不同状态对系统的影响。对于一个模块可以定义成继电器、开关、电阻、二极管等的组合，输出随输入变化而变化，各种电器元件的基本组合构建了模块输入输出的表现形式。每个模型都对外的连接，连接形式、硬线连接，LIN线连接， CAN线连接，其他网络连接或者是无线连接。需要检查电器件接口连接正确性，28接口中有若干个针脚，每个针脚有不同的输入、输出。如果电源Pin接成了地Pin，对系统的表现就判定为一个错误，因为在物理结构中都是地Pin没有电流通过，通过回路中的电流、电压，可以判定电器是否工作，即便是有电流，电源和地接反，电流是反向的，可以通过电流方向判断接线正确性。所以在建模的时候要考虑每个电器Pin的唯一性，每个电器在电器系统中唯一编号，PIN也是电器唯一编号。这样可以为系统每条回路逻辑功能正确性做好服务，在出现的问题的时候也可以根据唯一编码找到错误，并更改纠正此错误。模型的正确性，表现在逻辑性和结构上面的正确性，电器每个逻辑和功能都要正确，模型才通过模型台架检测，同时还要用标准精度模型去校核已建模型的正确性和精确度。

本实例中，27定性部分的模型编程示例为：

function HS_SW()//定义函数

do

if Device_x_current. isPostive() //当电器电流为正时

then

property.Sig %= TRUE（1） ; //电器的标志位置设置为真

else

property.Sig %= FALSE（0） ; //电器的标志位置设置为假

endif;

done;

本实例中，29定量部分的编程示例为

Variable quantity //定义变量

CCP_Res.setFormat("%3.2f") //定义格式

XXX.getselfProperty("Voltage","12.0")//读取属性参数

function boolean HS_SW() //定义函数

do

XX.setActualResistance(CCP_Res);//改变物理结构中的参数

done;

on xxhaschanged()//触发条件

do

HS_SW();

done;

通过上述分类、分层以及对物理结构等效，属性赋予、交互层编程、编码和完善接口信息，就完成了对电器件的简单建模。

下面把各种类型的模型逻辑功能，物理结构和参数梳理梳理一下：

7电机模型：把电机的属性抽象出来包括：电阻、阻抗、额定功率、最大工作电压、最小工作电压。其中，电机的电阻是一个变值，在受到不同力时电阻就会存在差异，电阻最小的状态是在电机发生堵转时候呈现出来的电阻。所以根据上下限原则确定（由于线束设计过程中只考虑最大最小值得，满足要求）电机呈现两种状态。当电机在最低工作电压，例如电机的工作电压范围在9-16V ,当外界输入的电压低于9V或高于16V电机都不会工作，这是就可以体现在电机工作标志位上。而当外界输入的电压在工作电压范围之内时，设置电机属性为正常值。

8导线模型：由于现有技术中的导线类型较多，例如：日标导线、德标导线、或符合ISO标准的导线。建模时，建立的导线模型应该囊括上述这些所有标准类型的导线。本实施例中，通过定义数组的类型对导线进行建模，每种不同材质类型的导线对应不同的电阻率，考虑温度不同会导致导线的电阻率不同，根据导线的尺寸计算出电阻值，和导线匹配还存在相应的电流过载能力，电压降等，通过一系列的计算公式计算，导线模型归纳起来就是数据库加数学运算，把相关导线建立数据库（电阻率、导线线截面积、线种、Imax承载电流），输入导线种类，线径，长度、模型中就会输出相应的值提供给仿真器计算。

6开关模型：在电器中表现出两种状态近似于0电阻和和近似于无穷大电阻，模型反馈给仿真器的两种状态（0，∞），0电阻视为通路、∞电阻视为断路。

9保险模型；保险丝分成了很多类，不同类型的保险丝特性不一样，需要把保险特性融入保险模型，保险丝的模型和导线的模型有些类似，保导线的类型，电流熔断值，熔断时间分别建立数据库，每种特定的保险对应相应的参数，通过属性层可以取出影响的保险参数，通过一系列计算公式，可以把电器回路是否和保险匹配计算出来。最终是否满足设计要求，通过交互层提交给仿真器。

11继电器：其实可以理解成开关和电阻负载模型的组合。但是两个模型存在关联，电阻模型中通过电流时，开关模型阻值为O，反之为∞。模块模型：模块拆分开来就是继电器、电阻、等其他电子原件的组合。并兼顾关联逻辑电路，输入对输出的控制逻辑关系。通过属性层更改内部属性，通过交互层传递控制逻辑关系，以及物理结构参数。

10电阻模型：一个负载，通电后会在负载上产生电流、电压。

13电源模型：提供系统要求的电压的电源输出。

12搭铁模型：系统0电位，通电后电流方向的终结位置。

14其他电器原件型如（二极管等），二极管单向导电性，电流为正，二极管电阻设置为O，反之设置为∞，类似开关方式建模。不同模型、逻辑不同、参数不同，模型建立完成以后，就要对模型进行测试，需要建立相应的电器标准模型，以及逻辑功能控制原件（开关），每种逻辑功能控制下，电器件表现得是否和收集的逻辑功能，属性参数一致，如果遇到不一致的情况，需要后再测试，直到满足模型设计要求。

虽然在上面描述了示例，但是并不意味着这些实示例描述了由权利要求所包含的所有可能形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可进行各种改变。如之前描述的模型分类，例举了10种，但是不限10种。对于模型的由于转化法中，编程中提供一种方法，不仅仅限制于以上例举。

Claims

1.一种整车电路系统仿真建模方法，其特征在于，包括：

步骤S1，收集整车电路系统需要进行建模的电器件信息；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中：进行电器件分类后获得的电器件类型包括：开关类型、电机类型、导线类型、保险类型、电阻类型、继电器类型、搭铁类型、电源类型、电器元件类型和其他类型。