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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。

    汽车正快速成为移动热点。无线链接、多媒体设备、电子控制模块和混合动力/ 电力驱动等组件不断被添加到车辆中,这就使得电磁干扰(EMI)和电磁兼容性(EMC)设计变得日益重要。巴西菲亚特克莱斯勒的工程师团队正采用ANSYS HFSS和整车试验来分析潜在的车辆EMI问题,从而保证整体产品完整性。

    随着汽车中的电子组件快速增加,一系列指南应运而生,包括立法要求、行业协会标准和针对具体汽车生产商的限制。

    最早的行业指令之一是1972年欧洲对电子火花塞噪声的要求,随后许多组织机构都针对汽车行业制定了各种相关标准。

    许多标准、指令和监管要求的目的是确保汽车安全,让所有板上系统在EMI环境下保持正常工作,在受干扰后要么能自动重返正常状况,要么通过手动复位返回正常状况。菲亚特克莱斯勒工程师的一大担忧是现在汽车包含的线路太多,一辆车中的线路总长达到5公里。布线本身显然是EMI源,同时现代汽车中还包含许多电子产品,也构成了EMI源。此外,驾驶员携带的手机、平板电脑、蓝牙设备等也构成EMI源。生产智能汽车的汽车制造商必须满足相关标准要求,减少故障风险。

    传统的EMI/EMC程序和技术不再适合最新一代的电子设备和组件要求,一些汽车标准的开发采用了实验室测试,目的就是减少车内出现EMI干扰的可能性。ISO 11451-2 是一项重要的国际实验室标准。该标准提出要检测在无回声环境内源天线对整车的辐射,所有电子子系统的性能都不得被源天线的电磁干扰影响。

    ISO 11451-2 旨在确定专用或公共道路上行驶车辆对车外辐射源的抗电气干扰性,无论车辆采用什么推进系统(包括混合动力和电动车辆)。测试程序规定了电波暗室中的整车性能,创造了反映开放场测试的环境。测试地面通常不覆盖吸收材料,但这种覆盖材料是允许的。

    标准测试包括用源天线生成辐射电磁场,射频(RF)源能生成所需的场强度,范围在25V/m到100V/m乃至更高。测试涵盖的频率范围为10kHz到18GHz。在程序期间,所有嵌入式电子设备都必须无瑕工作。无瑕性能也适用于源天线的扫频。

    物理上进行ISO 11451-2标准测试会占用大量时间,也需要昂贵的设备,使用昂贵的测试设施。数值仿真法能提供低成本的替代方案,缩短设计时间,降低相关研发成本。过去几年内,整车有限元法(FEM)仿真能用域分解(DDM)法实现,ANSYS HFSS软件正是推广这种方法的先驱。DDM创建一系列子域,每个子域用不同计算内核或连接到网络的不同计算机求解,从而实现整个仿真域的并行处理。DDM帮助工程师进行整车仿真,HFSS还提供另外的方法求解大型电磁场结构,那就是FE-BI(混合有限元—边界积分)法。

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    远场行为对比显示FE-BI法相对于传统方法而言更准确。

    FE-BI用积分方程(IE)求解法作为FEM问题空间的截断边界,能结合FEM和IE二者之长。不同求解模式的组合使得菲亚特克莱斯勒的工程师相对于FEM方法的要求而言,能大幅缩小仿真求解规模。由于辐射源到FE-BI边界的距离可以任意小,因此求解时间能缩短,同样整体计算工作也能减少。

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    ISO 11451-2 测试装置(左)。用于ANSYS HFSS仿真的虚拟测试室(右)。

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    FEM、IE 和FE-BI模型的对比。使用FE-BI后求解区域减小(相对于传统FEM或其它数值3D场求解器而言)有助于加快仿真速度。

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    天线远场方向图,整个模型的Φ=90度

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    两个子区域同时用HFSS FE-BI求解器求解。空域显示为浅蓝色,大部分空气量已被除去。

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    两个平面壳上的电场和平分汽车传统FEM(顶部)和FE-BI(底部)求解量结果的平面

责任编辑:张纯子
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