汽车EMC仿真分析软件介绍 [复制链接]

电磁兼容性设计分析软件

按软件的适用性划分，市场上推出的电磁兼容性分析软件可以分为两大类：5 j/ j( Q2 u4 k$ [/ \7 [- u, @! ~

　　板级电磁兼容分析软件5 ~( E1 d4 E! j2 I7 Y3 t$ ~

　　系统级电磁兼容分析软件

　　汽车电子属于系统级电磁兼容性分析，适用的软件有：　　

HFSS,! k( r$ y4 i+ u7 o4 i5 ]

FEKO,

EMC2000,% X; j7 b" ?* R7 N- f+ }

FLO/EMC。. f0 {& `; o7 a2 n) |; L! ?% s8 {1 ~4 y

FEKO软件4 M& W; v7 S5 f/ G

ANSYS公司推出的EMAX的辅助工具。具有矩量法MOM计算核心，能够混合物理光学方法PO和一致性集合绕射理论UTD等高频方法的针对电大尺寸问题的计算模块FEKO。

HFSS软件

公司的HFSS软件采用的有限元计算方法，针对高频电磁场分析软件，稳定成熟的自适应网格剖分技术使其成为高频结构设计的首选工具和行业标准。6 O# C/ `6 Y- a% S8 ~6 w8 E; w

EMC2000/ m$ K0 F3 @  Z

EMC2000.利用交互式的工具定义传导和辐射端口源，综合矩量法和改进的物理光学法，可同时处理电磁场和电路参数，可卷积和快速傅立叶变换进行时域分析。

FLO/EMC* \& W! l1 \" m& F

EMC采用先进的时域传输线法(MTL)

EMC Studio, P/ e6 ^) J7 n

专门针对有复杂电缆连接的电子系统中的抗干扰、EMI和串扰问题。计算的核心是矩量法MoM、辅助源法MAS、传输线法MTL和网格分析SPICE，新版软件将增加辅助光学算法PO。. P% l5 i+ |3 ^; m4 g3 j

& d6 I( _" |3 h) i5 b

　　系统级电磁兼容问题是个多方面的复杂问题，如果单单的利用某一个算法就可以解决整个系统的电磁兼容问题是不现实的。系统级EMC问题包括辐射和传导，干扰和抗干扰。上述的HFSS,FEKO,EMC2000主要解决的是辐射问题，在高频电磁场是强项。对于大系统例如飞机、船舶，可以应用于舱外天线分析，但是无法系统分析舱内设备及复杂的连接电缆。其他的电磁场软件在天线领域也有很好的应用，但是对于大尺寸的天线分布或者大型高频天线无法适应，这是因为算法和计算机的计算能力所困。FEKO利用辅助光学减小了计算量可以针对大尺寸，但是对于复杂电缆连接的传导问题和抗干扰能力分析能力不够。FLO/EMC采用的是传输线法，采用的时域概念，它不可以解决大系统以及复杂电缆问题和抗干扰问题，应用限制在机箱机柜或者小型的系统的EMI问题。EMC studio采用混合算法，弥补了算法带来的缺陷，但是他更多考虑的是电缆问题，考虑了系统连接电缆的辐射问题、传导问题和抗干扰问题。EMC studio虽然可以计算小型的天线如车载天线，但不能胜任的大型天线设计，比如飞机机舱外天线系统的分析。因此现在商业化的系统级电磁兼容分析还不完美，需要用户根据需求选择适合的工具。

汽车电子的电磁兼容性分析

汽车电子的电磁兼容性分析是指在进行汽车电气线路整体设计时根据车辆具体的技术参数和车辆的实际适用环境，从分析各种干扰源的特性和技术参数入手，确定干扰的路径和耦合方式，然后采取各种措施抑制干扰，消除干扰的耦合，增强被干扰对象的抗干扰能力，从而使汽车电子产品及设备正常工作。汽车中的EMC在大多数情况下主要取决于：9 p* b6 X& V, W$ O0 W4 t

·金属车体

  连接电缆

  电子控制单元（ECU）和电子元器件+ R8 _, s0 Z# \, \

·天线

　　优势

　场的散射考虑到真实的三维几何结构. F5 j1 l$ w* C6 F- P% E: ^: R

　　　局限性/ ?5 @7 S% J# x3 ~

　　　　　不能够用于计算定制的电缆包2 x( a8 ?7 ^9 K: X$ O7 V- `

　　不可能考虑到具有非线性端结装置的复杂电流, U9 y' n, o# F3 P( W

　　很难处理绝缘的和磁性材料' g. C2 F% E6 i

　　　精度" N* b/ P: e9 Y6 p* s* b

　　　　　依赖于网格的质量+ s. T. U6 G0 `0 a8 d5 _- c, H, ~

! C. J8 D; X) d0 w7 B% K& h

　　优势0 \+ V$ z5 P2 P

　　频率依赖于考虑的电缆参数& i8 ~, H3 m7 V: D

　　独立的三个成分：源，电缆和负载( {/ _$ @) [$ j) W3 r: p5 [0 T

　　计算速度高

　　局限性# t/ s( C/ n7 J1 G7 F  Y7 ?1 l

　　传输线计算不可以考虑到任何的三维几何结构，只是接近真实的三维情况

+ ]2 b- X, V. Y: |; K5 g; \

　　精度

　依赖于LC参数的计算和沿着金属线方向纵向分割精度9 q5 \9 Y  }) d6 Z8 l( l; u0 r7 u* V

; |! q4 _" l$ p9 h

　电路计算程序（SPICE）

　　优势2 O% O  c* P- i. i, F6 L

　　　　复杂电路

　　　时域计算

　　　简单的非线性描述

   　缺陷! h+ ]" i1 R2 H0 [9 V3 }& k

　　　程序不能够指导EMC问题% |* T' H3 e# |( n" U

　　　限于电磁场的困境

　　大系统的稳定性问题* L: y6 R3 m4 J( b; L# t' b( j

　　精度

　　　　用精确模型的时候精度很高3 y* F" P: m# A% ?" V9 Z6 z3 o6 n

　　　　精确的模型非常少

　混合方法

不同方法的结合：集中优势，丢弃缺陷

EM程序＋传输线计算程序8 [6 h- z# X( q3 H/ z" |$ ]

* p; }$ O4 `% s$ o

　在没有金属线的时候直接用3维电磁求解器计算电磁场

A* B% `* l( y, W' f4 a

　场使用传输线激励源

传输线计算程序＋电路计算程序

[( W4 b1 H$ g& `

　传输线系统细分为小段

G+ ^; G! L' _4 G, A7 D8 W

　每一个线段是一个带有集总参数的电流模型- I' H2 g+ e3 ]  Q5 K9 F2 N/ _

1 O" O+ O6 L9 ~& p' t+ A

　在这样的方法之下，负载装置（包括非线性的）可以用电路分析工具（SPICE）" a. B& F2 T7 r- E5 C5 G: E

$ j5 b% q- Q( \- h, j2 F

: U  |; ]' u/ {4 Q5 I& F

３，建立模型

建立正确的模型是求解汽车电磁兼容性问题的关键。为了准确计算辐射、传导发射和抗干扰问题必须将车身，连接电缆已经端接的情况详细定义。首先导入车身文件，软件通常会自动划分网格。然后定义连接电缆、天线结构、设备等。定义设备可以使用原理图或者SPICE文件。$ ?7 S" \" i+ u

* k* p0 k* H( Z2 o* ?7 p,

４，汽车电磁兼容性分析流程　

　　　　　　　　　　　　　　　) v7 ]+ Z0 B" t4 I

图1　建立模型% j( N2 s+ T5 U8 D3 B

　. X( w2 J6 s6 F, `: X

　　根据想要的ECU功能调整组件需求

o3 h/ r2 K# |: J

根据指定的汽车功能调整组件需求　　　　　　　　　　　　　　

　定义组件必要规格

}% |0 x  n& Q0 Y0 a) _. M

设计和最优化组件

W2 P$ J. e" N: B) K- O( r

检查电缆布局是否满足电磁兼容性要求

D1 t( ?9 t. Y

汽车EMC计算: _. O2 ]3 Q0 B7 q$ D' ^

根据问题调整组件和电缆布局后重新分析

5 J5 k8 V" k3 i9 \

５，分析结果比较  e; f. o" D4 p" m/ ~0 B, S3 L

　　使用EMC studio 中TriD（矩量法）和FEKO软件计算外场屏蔽效能（θ＝80˚,η=90˚,Φ=45˚）4 d) p8 ?5 f4 K- @- p, M

: r6 G2 u! T: l2 \4 r

2 v  R  q; I. c* J* O: R

[[/img]0 e: h) B4 {% @7 Z' a& y

　　 图２　电场屏蔽效能  u7 A8 ^; @! e* l: p0 A

i4 u$ |% G5 y4 B3

　图３　磁场屏蔽效能7 k$ D& {0 R7 P$ D- N" Z3 a, F. @, t

. \$ w3 S1 Z2 n% |) {8 O

　　用不同算法计算入射场耦合到电缆线中的电压和电流（TriD－矩量法，FEKO－矩量法，TriD/MTL矩量法和传输线法的混合算法）4 S! ?  t9 Q( t! U5 N1 b

[/img]4 R6 e! d6 q% @4 X) _

　　　图4外场耦合到电缆线的电压0 ?2 W$ L+ G3 T% |: _- u1 _

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　　　图5外场耦合到电缆线的电流2 ~% S- Z6 x2 a9 A

+ e7 \/ k! C5 [7 E* d$ x

　　使用FEKO和EMC studio软件的不同算法分析了屏蔽效能，场到电缆的耦合，电缆线辐射，电缆到天线的耦合等发现：不同软件和不同算法的计算结果非常吻合，并且和实际测试结果吻合。只是相同硬件环境下软件计算速度不同，EMC studio计算更快一些。

\+ D* b' m1 t' X( v

结束语

系统级设计分析软件的选择需要根据用户的需求，针对不同的问题选择不同的工具和算法。每个算法都是成熟的，在正确建立模型基础上不同算法的计算结果基本吻合。借助分析软件的帮助，可以尽早发现和解决系统中的电磁兼容性问题。3 T' x