【導(dǎo)讀】目前，許多國家和國際性組織都制定了整車電磁干擾和電磁敏感度標(biāo)準(zhǔn)。尤其國外著名整車廠在建立暗室及編制試驗(yàn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，與相關(guān)科研院校合作，開始著手?jǐn)?shù)值仿真分析工作。
隨著整車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，整車電子技術(shù)的應(yīng)用，整車正由傳統(tǒng)的機(jī)械化時(shí)代向著電子化時(shí)代邁進(jìn)。根據(jù)有關(guān)人士的統(tǒng)計(jì)，目前研發(fā)、研制的整車電子電器成本已達(dá)到了30%。同時(shí)，在信息化的觸角不斷伸入到人類生活的每一個(gè)角落的環(huán)境下，傳統(tǒng)整車技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)相結(jié)合，體現(xiàn)在整車與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高度結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)整車概念也逐步形成。同其他電子、電氣設(shè)備類似，整車也不可避免地需要解決其電磁兼容性（EMC）問題。目前，許多國家和國際性組織都制定了整車電磁干擾和電磁敏感度標(biāo)準(zhǔn)。尤其國外著名整車廠在建立暗室及編制試驗(yàn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，與相關(guān)科研院校合作，開始著手?jǐn)?shù)值仿真分析工作。
著名的通用整車公司（General Motors）正在與美國Missouri-Rolla大學(xué)電磁兼容實(shí)驗(yàn)室合作，研究專為整車設(shè)計(jì)而開發(fā)的系統(tǒng)級電磁兼容專家系統(tǒng)。歐洲‘AutoEMC’工作組正致力于開發(fā)一整套用于整車電磁兼容仿真和預(yù)測的計(jì)算機(jī)仿真方法。該工作組由歐洲兩大整車制造商(寶馬和雷諾)、歐洲兩大軟件提供商(ESI和Analogy),菲亞特技術(shù)研究中心，以及電磁兼容咨詢服務(wù)提供商等組成。歐盟還組織了一個(gè)‘GEMCAR’項(xiàng)目組，該項(xiàng)目組致力于開發(fā)一整套實(shí)用的整車電磁兼容計(jì)算機(jī)建模的準(zhǔn)則，它認(rèn)為計(jì)算電磁技術(shù)將在整車的設(shè)計(jì)和開發(fā)上會(huì)獲得越來越多的應(yīng)用。工作組由歐盟5個(gè)國家中的九個(gè)組織組成，其中包括整車制造商、整車電器廠商、軟件提供商、第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)、以及有豐富電磁兼容仿真經(jīng)驗(yàn)的航空局等。但由于國內(nèi)整車電子工業(yè)處于相對落后地位，整車電磁兼容問題一直沒能得到很好的重視，整車電磁兼容工作也還處于測試認(rèn)證的水平。
本文以開展整車EMC數(shù)值仿真分析工作為背景，融合行業(yè)內(nèi)認(rèn)證測試標(biāo)準(zhǔn)，探討了針對車輛EMC問題數(shù)值仿真分析工作的關(guān)鍵性技術(shù)。
整車系統(tǒng)級EMC數(shù)值仿真分析
車身、線束模型的建立及前處理
整車EMC問題數(shù)值仿真的精度主要取決于：金屬車體、連接電纜、電子控制單元和電子元器件、天線等的實(shí)體幾何模型及原參數(shù)測試。整車電磁系統(tǒng)建模是EMC分析的重要部分，模型建立的合理與否關(guān)系到最后仿真數(shù)據(jù)的可信性和準(zhǔn)確性。20年的發(fā)展，像整車這樣復(fù)雜大型電磁系統(tǒng)的數(shù)字仿真取得了巨大的進(jìn)步，使得現(xiàn)在很容易的對整車EMC問題進(jìn)行建模，以獲得通用的電磁耦合模型，防止有意或無意的電磁干擾及潛在威脅。這主要取決于三個(gè)過程的并行發(fā)展：計(jì)算電磁學(xué)、數(shù)值計(jì)算技術(shù)以及計(jì)算機(jī)性能。
一般復(fù)雜的車身幾何三維模型主要是面向機(jī)械性能分析，因此很可能包含大量的局部細(xì)節(jié)，對于電磁場仿真來說，很多的局部細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)都是不重要的。因此建立幾何三維模型，一般不能直接應(yīng)用EMC分析，需要通過車身幾何三維模型進(jìn)行優(yōu)化。在進(jìn)行EMC分析的表面網(wǎng)格模型剖分之前，需要對車身及線束幾何三維模型進(jìn)行優(yōu)化處理。如下圖為車身模型處理前后對比。
圖1：車身模型處理前后對比
針對復(fù)雜的車身幾何三維模型的時(shí)候，局部細(xì)節(jié)會(huì)帶來龐大的計(jì)算量。所以針對車身實(shí)體幾何模型中的不重要局部細(xì)節(jié)區(qū)域需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)做相應(yīng)的預(yù)處理。為了使計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真可以更加接近實(shí)際情況，需要把整個(gè)車體模型劃分為電導(dǎo)體和電介質(zhì)。而對于金屬車體，可以不考慮傳播損耗，即把金屬部件等效為理想電導(dǎo)體（PEC）。這樣可以大大減少對車身實(shí)體參數(shù)的輸入，而對計(jì)算結(jié)果的精度影響不大。
仿真激勵(lì)源的建立
前期對車身實(shí)體幾何幾何三維模型簡化后，就可以直接把幾何三維數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入到相應(yīng)分析軟件中。在對整車EMC仿真分析中把恰當(dāng)?shù)募?lì)源引入到數(shù)值計(jì)算中對于正確的模擬EMC電磁場問題是至關(guān)重要的。選擇合理的激勵(lì)源，可以避免截止頻率分量引起的有害影響，而且可以有效地提高計(jì)算效率，大大的節(jié)省計(jì)算時(shí)間和計(jì)算機(jī)內(nèi)存空間。針對簡單的電氣總車可以建立其隨頻率變化的等效電流源或電壓源模型（如下圖中紅圈中所示），對應(yīng)復(fù)雜的控制器類，就需建立其相應(yīng)的等效電路模型。
圖2：等效調(diào)制激勵(lì)源模型及同軸導(dǎo)線模型
虛擬天線標(biāo)定
由數(shù)值分析結(jié)果可以得到計(jì)算空間中任一點(diǎn)的X，Y，Z方向與計(jì)算頻率所對應(yīng)的電場/磁場強(qiáng)度。但是整車實(shí)際輻射發(fā)射測試認(rèn)證為采用峰值、準(zhǔn)峰值或均值檢波方式得到的接受天線端口電壓值，而通過計(jì)算而得到的空間中一點(diǎn)的場強(qiáng)值實(shí)際中是無法測量的。這就導(dǎo)致了計(jì)算機(jī)仿真分析結(jié)果只可以進(jìn)行不同電磁學(xué)計(jì)算方法之間結(jié)果的對比，而無法同實(shí)際測試數(shù)據(jù)進(jìn)行比對。所以，在仿真分析中對于計(jì)算結(jié)果予以特殊考慮。
GB14023（CISPR 12）標(biāo)準(zhǔn)中實(shí)際測量系統(tǒng)的電場強(qiáng)度關(guān)系表達(dá)式為：
F電場強(qiáng)度=R測量儀器讀數(shù)+AF天線系數(shù)+T饋線系數(shù)
則根據(jù)此式可以對應(yīng)在模型中建立實(shí)車測試中所需要的組合天線，并對其進(jìn)行虛擬標(biāo)定。由于仿真計(jì)算中無連接導(dǎo)線，則上式T=0。仿真計(jì)算結(jié)果等同實(shí)際測試也為天線端口電壓值與標(biāo)定后的天線系數(shù)之和。
圖3：虛擬天線及標(biāo)定
圖4：虛擬測試布置
