汽车电磁兼容仿真流程的探讨

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1、万方数据汽车电磁兼容仿真流程的探讨金楚涵(上海汽车集团股份有限公司技术中心)【摘要】文章对汽车电磁兼容尤其是整车级的电磁兼容仿真流程和方法进行了探讨，阐述了电磁仿真的数值计算方法，并且着重介绍了市场上主流适用于汽车电磁兼容仿真的软件。【主题词】电磁兼容汽车当今的汽车，应用电子技术的程度已成为提升汽车技术水平的重要标志，各种电子电器产品占整车成本的比重在不断增加，汽车内部的电磁环境日益复杂。在这样的形势下，汽车电磁兼容的重要性便越来越显著。按照级别的不同，汽车电磁兼容可以划分成3个层次：零部件级、系统级和整车级。零

2、部件主要涉及PCB板级的电磁兼容问题，由零部件供应商负责解决。零部件构成的电器系统以及包含车身等构架件在内形成的整车系统的电磁兼容问题由整车厂解决。本文着重介绍的是系统和整车级的电磁兼容仿真。1汽车电磁兼容体系根据产品研发的生命周期，完整的汽车电磁兼容体系可以归纳为设计-÷仿真_测试一整改4个步骤。汽车良好的电磁兼容特性来自好的系统设计，对于电磁兼容问题考虑的越早，解决问题所能采取的措施就越多，相应的成本也越低。例如在产品的概念设计阶段，设计者在电路布局、结构封装、屏蔽材料、滤波装置以及软件上都可以进行电磁兼容的

3、设计，可以选择最适合产品特性并且成本最低廉的方法。而到了产品推向市场之后，往往只能在软件上做修改，否则整改的成本将很高，如图1所示。汽车的电磁兼容性设计首先要根据车型的安全性、性能、功能和目标市场的法规要求提出整收稿日期：2008一lO一20·14·图1电磁兼容设计成本和可采用的技术手段在开发过程各个阶段的关系车、系统和零部件的电磁兼容指标；其次，要制定电磁兼容性控制计划和试验计划；然后，还要根据经验，对系统和整车层面的电器构架设计提出要求。主要是与电磁兼容密切相关的天线设计、线束布局、总线接收器物理层的ESD保

4、护、车身搭铁、RF器件的频率分配等。现代汽车的电器设计中已经应用了如图2所示的电磁兼容措施。图2汽车采取的电磁兼容措施上海汽车2009．03万方数据然而，汽车电磁兼容设计对电磁理论基础的要求很高，与国外先进整车企业相比，国内的整车企业在这方面还有相当差距，尚处在摸索和经验的初步积累阶段。目前，国内汽车电磁兼容研究主要集中在汽车制成后的电磁兼容测试。对于整车厂而言，电磁兼容测试分为两个层次：零部件和整车层次。在新产品开发过程中的不同阶段。需要零部件供应商根据整车厂标准进行零部件测试，测试合格后才能用于装车并进行整车

5、的电磁兼容测试。而整车的测试分为诊断测试和认证测试两类。诊断测试一般针对工程样车进行，主要目的是寻找干扰源和易受干扰区域，为干扰源的抑制与易受干扰区域的防护提供设计依据，它同时也是仿真所需要参数和输入数据的直接来源。认证测试则是依据电磁兼容标准对车辆是否符合电磁兼容性要求做出最终判定。电磁兼容标准包括国家标准、国际标准和企业标准。汽车电磁兼容仿真是一种结合理论通过计算机模拟分析问题的方法。在电磁兼容测试之前进行仿真可以在设计早期发现电磁兼容问题，减少或避免在后期解决电磁兼容问题而引起的技术或成本障碍。目前，国内整

6、车厂在电磁兼容仿真的研究还非常少，这主要是因为：(1)围内自主设计的车型较少，多为直接引进，缺乏仿真数据的积累；(2)与电磁兼容设计相同，电磁仿真对电磁理论基础的要求很高，国内在这方面的研究起步较晚；(3)影响汽车电磁兼容的因素比较多，仿真过程中任何对模型不适当的简化都将导致与实际情况相去甚远的仿真结果；(4)汽车结构复杂，同时存在电大与电小结构，对建模技术及算法的效率要求很高。2汽车电磁兼容仿真流程与方法2．1仿真理论电磁兼容仿真预测的研究内容主要是建立电磁兼容三要素：电磁干扰源、耦合路径和敏感设备的数学模型，

7、并采用适当的数值计算方法求解这些模型，以评估系统各敏感设备是否满足预定的电磁干扰裕度要求。电磁干扰源产生的信号通常上海汽车2009．03可以描述为时间t、频率厂及方位0的函数，记为S(t／，0)。耦合路径可用传输函数P(t。厂，0，r)来描述，其中变量r表示距离。敏感设备的特性通常用敏感度阀值T(t／，0)来描述。当(1)式成立时，就会发生电磁干扰。ZIS(t工o)t·Z[P(t。f，0，r)]>z[r(t工0)](1)式中：Z为拉普拉斯变换。影响仿真结果的因素很多，如：建立模型的精度，采用算法的精度。假如一个仿

8、真结果在一个正确控制测量值的±6dB以内，这个结果的精确度可以接受。但是当两者之间的相关性低于6dB时，就应该对所使用的仿真模型或数值算法进行检查，以找出误差源。由于电磁兼容的复杂性，在进行仿真时不但要保证准确性，还要求保证存储容量和处理时间。2．2仿真流程和建模方法完整的电磁仿真流程如图3所示。系统建模二卫二数值计算工具选择—]厂————三上———一计算机模拟二亚二仿真