汽車電子的電磁兼容性分析

0 引 言

　　隨著電子技術的不斷發(fā)展，新技術越來越多的應用到汽車領域，因此各個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。為了保證汽車可靠性，設計師必須在早期設計階段分析電磁兼容性問題。目前市場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的電磁兼容性設計。

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

　　汽車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。

　　汽車電子的電磁兼容性分析是指在進行汽車電氣線路整體設計時根據車輛具體的技術參數和車輛的實際適用環(huán)境，從分析各種干擾源的特性和技術參數人手，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，從而使汽車電子產品及設備正常工作。汽車中的EMC 在大多數情況下主要取決于：金屬車體、連接電纜、電子控制單元(ECU)和電子元器件、天線。

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

　　1計算汽車部件的必需工具

　　計算汽車部件的必需工具為：(1)計算3D電磁場的程序：求解Maxwell方程組、考慮車身結構／測試裝置；(2)傳輸線計算程序：傳輸線方程式解決方案、要考慮到外部場影響到系統內部；(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)電磁場計算程序MOM的優(yōu)勢為：場的散射考慮到真實的三維幾何結構；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；精度依賴于網格的質量。

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

　　(3)電路計算程序(SPICE)優(yōu)勢為：復雜電路、時域計算、簡單的非線性描述；缺陷為：程序不能夠指導EMC問題、限于電磁場的困境、大系統的穩(wěn)定性問題；精度：用精確模型的時候精度很高、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。

①3D EM程序+傳輸線計算程序
在沒有金屬線的時候直接用三維電磁求解器計算電磁場、場使用傳輸線激勵源。
②傳輸線計算程序+電路計算程序
傳輸線系統細分為小段、每一個線段是一個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電磁兼容性問題的關鍵。為了準確計算輻射、傳導發(fā)射和抗干擾問題必須將車身，連接電纜已經端接的情況詳細定義。首先導入車身文件，軟件通常會自動劃分網格。然后定義連接電纜、天線結構、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)根據指定的汽車功能調整組件需求；
(3)定義組件必要規(guī)格；
(4)設計和最優(yōu)化組件；
(5)檢查電纜布局是否滿足電磁兼容性要求；
(6)汽車EMC計算；
(7)根據問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軟件計算外場屏蔽效能(θ=80°，η=90°，φ=45°)，如圖2、3所示。

用不同算法計算入射場耦合到電纜線中的電壓和電流(TriD-矩量法，FEKO-矩量法，TriD／MTL矩量法和傳輸線法的混合算法)，如圖4、5所示。

使用FEKO和EMC studio軟件的不同算法分析了屏蔽效能，場到電纜的耦合，電纜線輻射，電纜到天線的耦合等發(fā)現：不同軟件和不同算法的計算結果非常吻合，并且和實際測試結果吻合。只是相同硬件環(huán)境下軟件計算速度不同，EMC studio計算更快一些。圖6表示的是使用相同配置計算機求解相同數量網格問題所需要的時間。

　　6 結束語

　　選擇汽車系統電磁兼容性設計分析軟件，需要根據用戶的需求、針對不同的問題選擇不同的工具和算法。每個算法都是成熟的，在正確建立模型基礎上不同算法的計算結果基本吻合。借助分析軟件的幫助，可以遲早發(fā)現和解決汽車系統中的電磁兼容性問題。