汽车电磁兼容仿真流程

3　电磁兼容仿真软件介绍
3.1　数值计算方法
仿真软件的核心就是其数值计算方法。随着计算电磁学的不断发展,产生了很多种Maxwell方程组的数值求解方法。这些方法可以按照计算尺寸的不同,时域和频域,积分和微分等分类标准进行划分。
不同的计算方法有其针对性也有其局限性:时域有限差分法适合计算宽带问题,可以处理复杂非均匀介质,但对微小结构的网格划分要求精度很高,因而对内存的需求极高;有限元法网格划分比较灵活,易于处理多种介质、复杂结构的问题,但开域的外部边界条件不易确定;矩量法因为其数值积分的本质允许任意形状的网格划分,适合对介质表面进行模拟,但不易处理多层介质问题;传输线矩阵法易于处理瞬态变化的场,但频响特性需要大量重复计算才能得到。
3.2　汽车电磁兼容主流仿真软件介绍
目前市场上有很多种计算电磁场和电磁兼容问题的软件,这些软件大都应用了一种或几种数值计算方法。由于算法的针对性,并没有一种软件能够解决所有的电磁场问题。
针对汽车电磁兼容应用的特殊性,仿真软件需要具备以下能力:计算全3维电磁问题;求解涵盖AM到GPS波段的各种类型天线(鞭天线,风窗玻璃天线,GPS天线等);传输线法计算各类线束,包括单芯、双绞、同轴等各种线缆间的串扰和信号完整性问题; 3维电磁场与传输线的耦合;能够考虑复杂车身结构以及多种类型的介质;具备多种干扰源;符合ISO,CISPR标准的测试模型;电路模拟分析;复杂负载的设计和编辑能力。
目前市场上符合以上要求的主流仿真软件有EMCStudio和FEKO+CableMod。

(1) EMCStudio
基本情况: EMCStudio 是由格鲁吉亚EMCOS 公司专为汽车电磁兼容开发, EMCOS 的前身是第比利斯大学电磁研究室。目前使用EMCStudio的整车厂有奥迪,大众,三菱,日产,雷诺等。核心算法:矩量法,传输线法,等效源法,电路分析,物理光学法。其最大优势在于很好地将矩量法、传输线法和电路分析结合在一起,一次运行就能完成包含车身和复杂线束的电磁干扰计算。
计算模块:完全依照ISO、CISPR对汽车EMC的测试要求进行建模。具有抗扰分析,骚扰分析,串扰分析,大电流注入(BCI),虚拟平台以及电路分析等多个计算模块,针对性很强。
前处理:便捷的几何建模,支持多种CAD数据格式导入。对于CAE分析而言,模型的网格化往往占据前处理50%以上的工作,网格划分的质量直接关系到计算结果的准确性。EMCStudio 内嵌REMESH工具具有强大的电磁网格划分和编辑能力,可以很方便的建模。
后处理:计算结果显示相对简单,但接口对用户完全开放。使用者可以自行编辑数据形成各种类型的报告。

诊断功能:提供类似于计算机编程语言的诊断调试功能,准确而直观的告知使用者模型发生错误的具体位置,方便纠错。
线束工具:对于汽车电磁兼容而言,线束的建模和分析占据着极为重要的地位。EMCStudio除了支持主流线束数据格式(KBL,XML, STEP)的导入以外,还可以自行建立和编辑线束数据。
(2) FEKO+CableMod
基本情况: FEKO由南非的EMSS公司开发,CableMod由德国Simlab公司开发。由于FEKO本身无法计算复杂线束,需要两个软件相配合使用。
目前使用FEKO/CableMod的国际OEM有宝马,奔驰等。
核心算法:FEKO有矩量法、快速多级子法、物理光学法、一致绕射法。CableMod使用传输线和电路分析法计算线束。FEKO的优势在于其快速多级子法可以大大减少对内存的需求,从而大幅缩短计算时间,可以计算电大尺寸问题。同时,FEKO具有自动优化计算模块,可以方便地对模型参数进行优化调整和选择,为EMC设计提供参考。但由于是两款分离的软件,在计算车身内包含复杂线束的电磁干扰问题时,需要分步进行。以外界电磁场干扰车身内线束为例:要先用FEKO
对不含线束的车身进行计算,得到其表面电流并导出为RSD数据,再将这个RSD数据作为激励源导入CableMod计算其对线束的干扰。
前处理:强大的几何建模能力,人性化的建模工具,支持多种CAD数据格式导入。但不具备复杂网格的编辑功能,需要其他CAD网格划分工具支持。
后处理:丰富的GUI图形处理工具,方便使用者编辑计算结果。
诊断功能:利用EDITFEKO里面的选项卡功能进行模型错误的诊断,比较繁琐。
线束工具: CableMod软件本身就是专门针对线束建模和计算的工具,能够满足汽车线束所有的建模和计算需求。
EMCStudio 和FEKO+CableMod两者相比,前者针对性很强,完全符合汽车电磁环境的建模和计算。其混合算法方便了用户的计算过程。后者的快速多级子算法极大地提高了计算效率,使得计算高频率和大尺寸汽车电磁兼容问题成为了可能。
4　结语
随着汽车电子技术的发展,汽车电磁兼容问题日益凸现其重要性。单纯通过测试来解决汽车电磁兼容问题费用昂贵,利用电磁仿真技术可以将汽车电磁兼容问题的发现和解决过程向前延伸。目前市场上主流的两款仿真软件各有千秋,用户需要根据实际需要进行选择。同时需要指出的是,由于建模并不能完全复制汽车实际的电磁环境,仿真结果会有些误差,建模技术和数值计算方法仍有待发展完善。