基于Saber的汽车电气可靠性设计 - big-bit. · PDF filejmag-rt 电机模型坡道

才略科技12014/3/5

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基于Saber的汽车电气可靠性设计


主要内容

Synopsys与才略科技

SABER与汽车设计

SABER健壮性设计流程

SABER与汽车产业供应链

SABER成功用户一览

才略科技22014/3/5


主要内容







SYNOPSYS----全球EDA领域排名第一

系统设计

功能验证

合成

物理实现

生产准备

集成电路测试

NASDAQ 100强企业

全球EDA领域排名第一企业

全流程的设计和验证（IC到系统）

全球70+国家设有分支机构

中国北京、上海设有研发中心

才略科技32014/3/5


SYNOPSYS与汽车


才略科技

• 数据总线网络

• 电子控制系统

• 电动动力机构

• 电源系统

设计平台建设

模型定制开发

项目合作咨询

虚拟原型实现

模型定制

项目咨询

Synopsys中国地区SABER系统平台解决方案独家提供商

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才略科技与汽车

早期软件开发

电控装置

线束设计总线系统电源系统

FPGA应用


主要内容






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系统

子系统

器件

片上系统

集成电路

Saber®



集成启动电机/发电机(电气、机械、磁)

ABS 系统(液压、电气、机械)

电气及通讯网络

燃油单元 APU(电气、热、液压机械)

车窗控制系统集成 MCU

(电气、机械、电路)

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Saber与汽车设计

电源网络动力系统数据网络

电控系统线束设计


Beijing Greatalent Tech Co.,Ltd.Mail:[email protected]

Saber与汽车电源设计

更多的负载种类

更难负载的结构

更多的供电模式

更大的负载功率

更高的供电质量

更多的兼容问题

汽车电源网络设计面临的挑战

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Saber与汽车电源设计(续)

汽车电源系统

车载电源变换器

（DC/DC、AC/DC、DC/AC、AC/AC…）

电路拓扑环路设计控制芯片功率管、磁性器件

整车电源网络

发电机

系统

配电

网络

负载

系统

电池

系统

环路频率响应

•电压环反馈稳定性

•电流环反馈稳定性

功率管开关的工作情况

•应力

•功耗

•温度

磁性器件工况

•磁饱和程度

•磁性损耗

元件的电压和功耗数据

•降额设计

•安全边界

供电网络构架

能量策略管理

电源网络供电质量

供电线缆阻抗特征

整车用电平衡

配套供应商整车厂商


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Saber与汽车电源设计

行

•传动比

•发动机怠速

•交流发电机皮带轮比

•……

车辆参数输入

•城市交通工况

•速度工况

•启动、停止工况

•……

行驶工况输入

•时域与频域

•灵敏度、应力

•最坏情况、故障模式

•……

仿真分析

行驶工况参数仿真结果

•电池

•交流发电机

•传输导线

•功率负载、电机、电源变换器

•……

电气负荷参数输入

•电网平衡

•母线电压质量

•母线电流浪涌

•……

分析项目

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Saber与汽车电源设计（续)

仿真结果与实测结果对比


Saber与汽车动力系统设计

永磁电动机最大功率/力矩: 80 kW / 280 Nm

锂电池

电池能量: 24 kWh

最大功率 > 90 kW

电池单元数: 192 (2路并, 96个串)

单元电池电压: 3.8 V

系统电压: 364.8 V

齿轮传动比 1/7.94

汽车净重 1521 kg

0-100 公里加速 ~ 10 sec

Drag Coefficient 0.28

逆变器频率 5 kHz

逆变器效率 90%

齿轮效率 97%

轮径 0.3 m

其它 ….

电动汽车动力系统设计分析

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Saber与汽车动力系统设计（续）

JMAG-Express

JMAG-Designer

测量数据

JMAG-RT 电机模型

坡道启动

电机扭矩

电机再生制动

控制算法

导入Saber

仿真结果

Saber与JMAC电机模型耦合



坡道启动

电机扭矩

电机再生制动

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TCAD -Saber LinkData to Saber

Matlab/Simulink to Saber

EM to Saber

DC-DC变换器

能量储存

电动机

EM to Saber

集成功率控制单元

逆变器

Virtualizer to Saber

集成启动-发电机 Internal Combustion Engine


Saber与车载网络设计

通过对系统数据传输网络的底层收发器、ECU等器件建模，重点考量总线数据信号在物理层传输过程中的各种物理特性（如失真、畸变、延时）等。

支持CAN、LIN、FlexRay等总线类型

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Saber与车载网络设计（续）

• 非对称延迟

• 传播延迟

• 传播过程中的比特流畸变

• 传输启动顺序截断

• ……

需要评估的项目

•拓扑结构（星形、线性…）

•传输线缆特性

•收发器类型

•EMC和高频设计电路

•静电释放（ESD）保护

•……

需要考虑的因素

非对称延迟传播延迟比特流畸变



•滤波电容

•终端电阻

•……

基础模型

•收发器

•控制器（包括位定时器）

•传输线

•扼流圈

•……

专门模型

SABER模型库

厂商提供SABER模型

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Low Temperature

High TemperatureNominal

Temperature

uBus

RxDRxd

Saber车载FlexRay总线物理层信号仿真


Saber与汽车电控装置

电控装置

电机控制器

控制算法

基于传递函数的控制算法

与Simulink的协同仿

真

功率驱动单元

功率器件开通与关断状况

尖峰吸收与发热状

况

驱动芯片与MOSFET的匹配状

况

直流母线尖峰吸收、制动能量回馈等

电机本体

自带众多电机模型

可以从第三方电机设计工具

导入

执行机构

自带机械、液压模型形成回路

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Saber与汽车电控装置（续）

电刹车系统



机电装置 – 自动头灯系统

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Verification-based robust design of BLDC drive electronic controllL. Berger, K. Schoenherr, M. Roeder, A. JennertIEEE Industrial Electronics Conference, 2009


Saber与汽车线束设计

• Saber Harnesses 工具支持汽车动力及数据通讯线缆线束设计

• 完整的设计流程覆盖，确保设计前后的数据一致性，提高设计效率

Function Library

才略科技152014/3/5


Saber与汽车线束设计（续）

SaberHarness 线束设计工具

Simulation

Electrical Wiring

ManufacturingOutputs

Wire Id: ,Connections: L0 FRONT ,MC1 to conn_4p:1 L0 REAR ,LC1 to conn_4p:1 L1 FRONT ,MC1 to conn_4p:2 L1 REAR ,LC1 to conn_4p:2 L2 FRONT ,MC1 to conn_4p:3

Function Design

Harness 2D Layout

3D Layout

Scheinwerfer_re

X275B*_2

Bremsleuchte_mitte


Saber与汽车线束设计（续）

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主要内容








负载变化

环境温度

电源变化

器件容差

目标性能

产品的性能分布 - Y

产品的性能分布 -X

产品成本 (￥)质量损失

质量低劣过度设计

量产数量

量产数量

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SABER健壮性设计流程（续）

线束设计伺服系统电源系统数据网络

标称设计灵敏度分

析参数分析

蒙特卡诺分析

最坏情况分析

应力分析故障模式分析

内置稳健设计流程

电控装置



系统标称设计验证系统标称设计验证

标识出影响系统性能的关键参数

标识出影响系统性能的关键参数

参数设计优化参数设计优化

参数容差优化保证设计稳定性

参数容差优化保证设计稳定性

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主要内容






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根据设计指标

发布模型

OEM厂商• 根据产品要求为一级配套商生成设计指标• 要求一级配套商在样机之前首先提供模型• 汇总模型并把它们集成汽车电气系统

一级配套商• 拿到OEM厂商系统设计要求• 根据设计要求向二级配套单位

提供设计指标并要求模型• 汇总模型并集成电源变换器系

统，把分系统模型交付给OEM厂商

二级配商• 拿到一级配套商的设计

指标• 开发元件并把它们发送

给一级配套商

提出设计指标并要求相关模型

提出设计指标并要求相关模型

根据设计指标

发布模型

OEM厂商

一级配套商

二级配套商

传输线缆发动机电气系统制动系统灯光系统信息娱乐


SABER与汽车产业供应链（续）

SAE

SABER成为混合技术仿真的标准

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SABER与汽车产业供应链（续）


主要内容






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最后

问题与讨论

感谢您的出席

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