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借助仿真技术分析潜在的车辆EMI问题

2017/4/13    来源:互联网    作者:Arnaud Christophe Pierre Marie Colin  Artur Nogueir      
关键字:电子系统  
ANSYS HFSS中的新技术能更高效地确定汽车电磁干扰和兼容性问题。

    为了展示FE-BI方法的功能,菲亚特克莱斯勒团队与ANSYS的南美渠道合作伙伴ESSS用FE-BI功能进行整车仿真。该团队就ISO 11451-2标准应用了相关结果,以确定电子子系统的EMI。就仿真而言,该团队在测试区将较大空域减小为两个小得多的空间,并符合包含的结构。空域表面靠近天线和汽车。

    菲亚特克莱斯勒工程师没有在仿真中建模吸收元件,因为FE-BI中的IE边界相当于自由空间仿真,与物理测量所用的吸收材料相同。整体计算时间只有28分钟,比传统FEM求解加快了10倍多。此外,FE-BI仿真所需的全部RAM为6.8GB,相对于此前用FEM时减少了10倍多。

    用FE-BI法所得的求解结果显示数量值预测与用FEM所得的结果有着很好的一致性。汽车表面和二分之一截面用这两种求解方法计算所得的电场都很类似,整个模型的整体远场方向图也一样。

    此外,FE-BI法也可用于检测嵌入式控制单元模块的抗干扰性。为了展示这种功能,工程团队在仿真中用印刷电路板(PCB)连接引擎线束。发送信号从引擎底部的传感器,使用路由在引擎周围的线束传到PCB。线束一端用红色四通连接器连接到PCB。一个四通连接器的引脚焊接到迹线(开始于连接器侧PCB的顶部,通过通孔到底侧)上,在此连接到微控制器。在此情况下,团队只分析单个车载诊断系统(OBD)协议CAN J1913信号。

    线束在EMI中扮演重要角色,因为它会成为一个辐射源。为了更好地了解线束影响,ESSS工程师执行了两个仿真。第一个采用PCB和线束以及底盘和源天线。在第二个仿真中,团队除去线束,并把随机的CAN J1939信号直接施加给PCB连接器,而不是引擎底部的传感器位置。

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    PCB 相对于汽车的位置

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    CAN J1939信号仿真,左图为仅有PCB,右图为带线束的PCB:a)电场图分布;b)微处理器接收信号的眼图。连接线束时观察到EMI。C)微控制器正在接收信号时的浴缸图。浴缸曲线受到EMI源的很大影响,最后位误码率为1E-2,这意味着每100个里面就有一个位被微控制器错误解释。

    在HFSS 中使用FE-BI求解器,团队能方便地计算电磁场和两个仿真的散射参数(无论带不带线束)。仿真显示连接到线束时的PCB上的谐振。谐振频率是连接PCB线缆长度的函数。连接到PCB时,线束会将源天线和PCB之间的耦合增加30dB以上,范围为152MHz到191MHz。

    最后,工程师将3-D电磁场模型和HFSS中的ANSYS电路求解器动态链接起来,从而仿真线束和PCB中的CANJ1939信号。ANSYS Designer软件可将HFSS生成的频域结果和基于时间的信号无缝整合。在Designer中,我们能指定不同信号,以激励天线和线束。对仿真来说,团队设置天线激励为150V正弦信号常量,延迟为8μs,扫频范围在10MHz到50MHz之间。初始时间延迟的设置能清晰看到EMI对传输信号的影响。团队生成首次仿真线束传感器末端的CAN J1939信号,第二次仿真时信号直接注入连接器,没有线束。带线束的仿真显示整体传感器系统性能会受到入射辐射的很大影响,其频带为152MHz到191MHz。

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    线束连接到PCB的点

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    S-矩阵和PCB,包括带和不带线束的情况

    ANSYS HFSS FE-BI功能作为数值方法具有明显优势,能根据汽车EMC标准进行整车仿真。FE-BI法比传统FEM仿真速度快10倍多,而且所需的计算减少10倍。因此,EMI/EMC工程师能在虚拟无回声室中开始仿真整车和子系统,以满足EMC和EMI标准。此外,采用仿真技术能准确进行假设分析,确定驾驶员或乘客所携带的电子通信设备带来的潜在EMI问题。同时,我们也能更好地了解每台车中各种电机造成的瞬态噪声问题。

责任编辑:张纯子
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