【導(dǎo)讀】目前，許多國(guó)家和國(guó)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(guó)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(kāi)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(wèn)題。目前，許多國(guó)家和國(guó)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(guó)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(kāi)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(guó)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(kāi)發(fā)的系統(tǒng)級(jí)電磁兼容專家系統(tǒng)。歐洲‘AutoEMC’工作組正致力于開(kāi)發(fā)一整套用于整車電磁兼容仿真和預(yù)測(cè)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(kāi)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(kāi)發(fā)上會(huì)獲得越來(lái)越多的應(yīng)用。工作組由歐盟5個(gè)國(guó)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(guó)內(nèi)整車電子工業(yè)處于相對(duì)落后地位，整車電磁兼容問(wèn)題一直沒(méi)能得到很好的重視，整車電磁兼容工作也還處于測(cè)試認(rèn)證的水平。
本文以開(kāi)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(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，探討了針對(duì)車輛EMC問(wèn)題數(shù)值仿真分析工作的關(guān)鍵性技術(shù)。
整車系統(tǒng)級(jí)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(wèn)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(cè)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(duì)整車EMC問(wèn)題進(jìn)行建模，以獲得通用的電磁耦合模型，防止有意或無(wú)意的電磁干擾及潛在威脅。這主要取決于三個(gè)過(guò)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(duì)于電磁場(chǎng)仿真來(lái)說(shuō)，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(guò)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(duì)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(duì)比。
圖1：車身模型處理前后對(duì)比
針對(duì)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(lái)龐大的計(jì)算量。所以針對(duì)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(duì)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(duì)車身實(shí)體參數(shù)的輸入，而對(duì)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(duì)車身實(shí)體幾何幾何三維模型簡(jiǎn)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(duì)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(duì)于正確的模擬EMC電磁場(chǎng)問(wèn)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(duì)簡(jiǎn)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(duì)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(duì)應(yīng)的電場(chǎng)/磁場(chǎng)強(qiáng)度。但是整車實(shí)際輻射發(fā)射測(cè)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(guò)計(jì)算而得到的空間中一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)值實(shí)際中是無(wú)法測(cè)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(duì)比，而無(wú)法同實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)。所以，在仿真分析中對(duì)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(cè)量系統(tǒng)的電場(chǎng)強(qiáng)度關(guān)系表達(dá)式為：
F電場(chǎng)強(qiáng)度=R測(cè)量?jī)x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(duì)應(yīng)在模型中建立實(shí)車測(cè)試中所需要的組合天線，并對(duì)其進(jìn)行虛擬標(biāo)定。由于仿真計(jì)算中無(wú)連接導(dǎo)線，則上式T=0。仿真計(jì)算結(jié)果等同實(shí)際測(cè)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(cè)試布置
