汽車(chē)電子的系統級電磁兼容性分析

　　0 引 言

　　隨著(zhù)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，新技術(shù)越來(lái)越多的應用到汽車(chē)領(lǐng)域，因此各個(gè)電子裝置和電子控制系統必須相互適應，這就是電磁兼容性(EMC)要求。為了保證汽車(chē)可靠性，設計師必須在早期設計階段分析電磁兼容性問(wèn)題。目前市場(chǎng)上推出了一些電磁兼容性分析軟件，可以幫助工程師完成汽車(chē)的電磁兼容性設計。

　　按軟件的適用性劃分，市場(chǎng)上推出的電磁兼容性分析軟件可以分為兩大類(lèi)：板級電磁兼容分析軟件和系統級電磁兼容分析軟件。

　　汽車(chē)電子屬于系統級電磁兼容性分析，適用的軟件有：EMC studio，HFSS，FEKO，EMC2000，FLO／EMC，PAM-CEM。

　　汽車(chē)電子的電磁兼容性分析是指在進(jìn)行汽車(chē)電氣線(xiàn)路整體設計時(shí)根據車(chē)輛具體的技術(shù)參數和車(chē)輛的實(shí)際適用環(huán)境，從分析各種干擾源的特性和技術(shù)參數人手，確定干擾的路徑和耦合方式，然后采取各種措施抑制干擾，消除干擾的耦合，增強被干擾對象的抗干擾能力，從而使汽車(chē)電子產(chǎn)品及設備正常工作。汽車(chē)中的EMC 在大多數情況下主要取決于：金屬車(chē)體、連接電纜、電子控制單元(ECU)和電子元器件、天線(xiàn)。

　　通過(guò)精確的模擬以上所列的要點(diǎn)和選用合適的計算方法，就可能對EMC做出準確的預測。

　　1計算汽車(chē)部件的必需工具

　　計算汽車(chē)部件的必需工具為：(1)計算3D電磁場(chǎng)的程序：求解Maxwell方程組、考慮車(chē)身結構／測試裝置；(2)傳輸線(xiàn)計算程序：傳輸線(xiàn)方程式解決方案、要考慮到外部場(chǎng)影響到系統內部；(3)電路計算程序：電路方程式的計算、考慮到復雜負載的影響。

　　2計算方法比較

　　(1)電磁場(chǎng)計算程序MOM的優(yōu)勢為：場(chǎng)的散射考慮到真實(shí)的三維幾何結構；局限性為：不能夠用于計算定制的電纜包、不可能考慮到具有非線(xiàn)性端結裝置的復雜電流、很難處理絕緣的和磁性材料；精度依賴(lài)于網(wǎng)格的質(zhì)量。

　　(2)傳輸線(xiàn)計算程序MTL優(yōu)勢為：頻率依賴(lài)于考慮的電纜參數、獨立的3個(gè)成分：源，電纜和負載、計算速度高；局限性為：傳輸線(xiàn)計算不可以考慮到任何的三維幾何結構，只是接近真實(shí)的三維情況；精度依賴(lài)于LC參數的計算和沿著(zhù)金屬線(xiàn)方向縱向分割精度。

　　(3)電路計算程序(SPICE)優(yōu)勢為：復雜電路、時(shí)域計算、簡(jiǎn)單的非線(xiàn)性描述；缺陷為：程序不能夠指導EMC問(wèn)題、限于電磁場(chǎng)的困境、大系統的穩定性問(wèn)題；精度：用精確模型的時(shí)候精度很高、精確的模型非常少。

　　(4)混合方法

　　不同方法的結合：集中優(yōu)勢，丟棄缺陷。

　?、?D EM程序+傳輸線(xiàn)計算程序
　　在沒(méi)有金屬線(xiàn)的時(shí)候直接用三維電磁求解器計算電磁場(chǎng)、場(chǎng)使用傳輸線(xiàn)激勵源。
　?、趥鬏斁€(xiàn)計算程序+電路計算程序
　　傳輸線(xiàn)系統細分為小段、每一個(gè)線(xiàn)段是一個(gè)帶有集總參數的電流模型。
　　在這樣的方法之下，負載裝置(包括非線(xiàn)性的)可以用電路分析工具(SPICE)。

　　3建立模型

　　建立正確的模型是求解汽車(chē)電磁兼容性問(wèn)題的關(guān)鍵。為了準確計算輻射、傳導發(fā)射和抗干擾問(wèn)題必須將車(chē)身，連接電纜已經(jīng)端接的情況詳細定義。首先導入車(chē)身文件，軟件通常會(huì )自動(dòng)劃分網(wǎng)格。然后定義連接電纜、天線(xiàn)結構、設備等。定義設備可以使用原理圖或者SPICE文件，如圖1所示模型。

　　4汽車(chē)電磁兼容性分析流程

　　(1)根據想要的ECU功能調整組件需求；
　　(2)根據指定的汽車(chē)功能調整組件需求；
　　(3)定義組件必要規格；
　　(4)設計和最優(yōu)化組件；
　　(5)檢查電纜布局是否滿(mǎn)足電磁兼容性要求；
　　(6)汽車(chē)EMC計算；
　　(7)根據問(wèn)題調整組件和電纜布局后重新分析。

　　5分析結果比較

　　使用EMC studio中TriD(矩量法)和FEKO軟件計算外場(chǎng)屏蔽效能(θ=80°，η=90°，φ=45°)，如圖2、3所示。