【導讀】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準。尤其國外著名整車廠在建立暗室及編制試驗規(guī)范的基礎上，與相關(guān)科研院校合作，開始著手數(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)的應用，整車正由傳統(tǒng)的機械化時代向著電子化時代邁進。根據(jù)有關(guān)人士的統(tǒng)計，目前研發(fā)、研制的整車電子電器成本已達到了30%。同時，在信息化的觸角不斷伸入到人類生活的每一個角落的環(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)絡技術(shù)的高度結(jié)合的網(wǎng)絡整車概念也逐步形成。同其他電子、電氣設備類似，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準。尤其國外著名整車廠在建立暗室及編制試驗規(guī)范的基礎上，與相關(guān)科研院校合作，開始著手數(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大學電磁兼容實驗室合作，研究專為整車設計而開發(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測的計算機仿真方法。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提供商等組成。歐盟還組織了一個‘GEMCAR’項目組，該項目組致力于開發(fā)一整套實用的整車電磁兼容計算機建模的準則，它認為計算電磁技術(shù)將在整車的設計和開發(fā)上會獲得越來越多的應用。工作組由歐盟5個國家中的九個組織組成，其中包括整車制造商、整車電器廠商、軟件提供商、第三方認證機構(gòu)、以及有豐富電磁兼容仿真經(jīng)驗的航空局等。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)認證測試標準，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)的可信性和準確性。20年的發(fā)展，像整車這樣復雜大型電磁系統(tǒng)的數(shù)字仿真取得了巨大的進步，使得現(xiàn)在很容易的對整車EMC問題進行建模，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。這主要取決于三個過程的并行發(fā)展：計算電磁學、數(shù)值計算技術(shù)以及計算機性能。
一般復雜的車身幾何三維模型主要是面向機械性能分析，因此很可能包含大量的局部細節(jié)，對于電磁場仿真來說，很多的局部細節(jié)結(jié)構(gòu)都是不重要的。因此建立幾何三維模型，一般不能直接應用EMC分析，需要通過車身幾何三維模型進行優(yōu)化。在進行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
針對復雜的車身幾何三維模型的時候，局部細節(jié)會帶來龐大的計算量。所以針對車身實體幾何模型中的不重要局部細節(jié)區(qū)域需根據(jù)經(jīng)驗做相應的預處理。為了使計算機數(shù)值仿真可以更加接近實際情況，需要把整個車體模型劃分為電導體和電介質(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體（PEC）。這樣可以大大減少對車身實體參數(shù)的輸入，而對計算結(jié)果的精度影響不大。
仿真激勵源的建立
前期對車身實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)直接導入到相應分析軟件中。在對整車EMC仿真分析中把恰當?shù)募钤匆氲綌?shù)值計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算效率，大大的節(jié)省計算時間和計算機內(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），對應復雜的控制器類，就需建立其相應的等效電路模型。
圖2：等效調(diào)制激勵源模型及同軸導線模型
虛擬天線標定
由數(shù)值分析結(jié)果可以得到計算空間中任一點的X，Y，Z方向與計算頻率所對應的電場/磁場強度。但是整車實際輻射發(fā)射測試認證為采用峰值、準峰值或均值檢波方式得到的接受天線端口電壓值，而通過計算而得到的空間中一點的場強值實際中是無法測量的。這就導致了計算機仿真分析結(jié)果只可以進行不同電磁學計算方法之間結(jié)果的對比，而無法同實際測試數(shù)據(jù)進行比對。所以，在仿真分析中對于計算結(jié)果予以特殊考慮。
GB14023（CISPR 12）標準中實際測量系統(tǒng)的電場強度關(guān)系表達式為：
F電場強度=R測量儀器讀數(shù)+AF天線系數(shù)+T饋線系數(shù)
則根據(jù)此式可以對應在模型中建立實車測試中所需要的組合天線，并對其進行虛擬標定。由于仿真計算中無連接導線，則上式T=0。仿真計算結(jié)果等同實際測試也為天線端口電壓值與標定后的天線系數(shù)之和。
圖3：虛擬天線及標定
圖4：虛擬測試布置
