CST電動(dòng)汽車EMC仿真（五）- 解鎖GB/T18387整車RE仿真的密碼（上）

來源：CST仿真專家之路更新時(shí)間：2024-06-29 閱讀：

作者 | Zhou Ming

電動(dòng)汽車高壓配電分布圖

在150K-30MHz頻段，電動(dòng)汽車的RE問題通常是由高壓系統(tǒng)產(chǎn)生的。高壓系統(tǒng)通常由動(dòng)力電池包、高壓配電箱（PDU）、電機(jī)控制器（MCU）、DC/DC、OBC、PTC、空調(diào)（AC）、高壓線束等組成。RE的噪聲源頭可能來自MCU、DCDC、OBC等不同的部件，輻射的主體主要來自高壓線束。市場(chǎng)上越來越多的車企采用多合一電驅(qū)系統(tǒng)，在提升集成化的同時(shí)，也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。整車RE（輻射發(fā)射）就是車企面臨的一個(gè)巨大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

從電磁仿真的角度來看，在前面講過的MCU部件級(jí)EMC仿真中，我們通常會(huì)把PCB、結(jié)構(gòu)、cable等放在一起來3D建模，這樣的方法簡單粗暴，非常適合EMC工程師學(xué)習(xí)和掌握。但是對(duì)于整車RE仿真來說，車身尺寸會(huì)超過5米，如果把整車和PCB放在一起，網(wǎng)格數(shù)量將達(dá)到十幾億甚至更多，即使采用GPU加速，仿真效率還是偏低。

在本期的仿真案例中，我們給大家展示一些新的整車RE仿真的思路，從高壓線束建模開始，利用“Cable Studio+模塊級(jí)連模型+整車場(chǎng)路協(xié)同模型”的方法，希望對(duì)CST的客戶有所幫助。

創(chuàng)建高壓線束的3D模型

電動(dòng)汽車上的高壓母線通常采用屏蔽線。屏蔽線從內(nèi)到外依次是：芯線、內(nèi)絕緣層、編織屏蔽層、鋁箔屏蔽層（可選）、外絕緣層。屏蔽線可以更好的抑制電磁輻射，影響因素包括：屏蔽層的材料、編織密度、接地情況等。利用CST的Cable工作室，可以非常方便、快速地創(chuàng)建屏蔽線的模型。首先，利用Cable工作室對(duì)屏蔽線的線徑、材料、屏蔽層等進(jìn)行定義，詳細(xì)的介紹大家可以參考CST的help文件，以及公眾號(hào)文章：CST線纜仿真（一）——轉(zhuǎn)移阻抗。

Cable工作室的操作界面

屏蔽層參數(shù)的定義

接下來我們要用到Cable to 3D功能，一鍵實(shí)現(xiàn)高壓屏蔽線的3D建模。可以看到屏蔽層已經(jīng)自動(dòng)生成Thin panel材料，并且定義好材料參數(shù)。

Creat 3D Cable界面

自動(dòng)生成的屏蔽線3D模型

屏蔽層細(xì)節(jié)及材料定義

創(chuàng)建多合一電驅(qū)仿真模型

多合一電驅(qū)仿真3D模型

車企在設(shè)計(jì)多合一電驅(qū)時(shí)會(huì)采用不同的系統(tǒng)方案，這里我創(chuàng)建的模型僅供參考，3D模型包括MCU模塊（含PCB）、電機(jī)、高壓母線連接器等。其中高壓母線連接器是屏蔽線接地的位置，要特別注意屏蔽層的接地方式，這些關(guān)鍵點(diǎn)都會(huì)影響RE的結(jié)果。

創(chuàng)建整車場(chǎng)路協(xié)同模型

整車RE的潛在噪聲源比較多，在本案例中我們?cè)O(shè)定的噪聲源來自MCU模塊，輻射主體是從電池包到MCU的高壓直流線束。既然是場(chǎng)路協(xié)同仿真，要?jiǎng)?chuàng)建的模型自然分為3D和電路兩部分。

首先是創(chuàng)建3D模型，首先對(duì)整車模型進(jìn)行簡化處理，簡化過程非常考驗(yàn)工程師的EMC經(jīng)驗(yàn)，凡是對(duì)結(jié)果有影響的金屬部件都需要保留。簡化后的模型再經(jīng)過達(dá)索前處理軟件POWERDELTA生成NASTRAN格式的網(wǎng)格，然后再導(dǎo)入CST。經(jīng)過處理后的網(wǎng)格質(zhì)量更高，不僅可以減少仿真報(bào)錯(cuò)的概率，還可以極大提升仿真效率。

整車結(jié)構(gòu)模型（NASTRAN格式）

高壓直流母線及內(nèi)部模型細(xì)節(jié)

處理完3D模型之后，再切換到CST的電路工作室，這里是創(chuàng)建電路模型的地方。關(guān)于電池包的建模方法，將在后續(xù)的文章中詳細(xì)介紹，請(qǐng)大家保持關(guān)注。

整車系統(tǒng)級(jí)電路模型

創(chuàng)建整車RE測(cè)試場(chǎng)景

RE測(cè)試的場(chǎng)景建模同樣非常重要，在建模時(shí)必須參考標(biāo)準(zhǔn)的要求。這里我們參考GB/T-18387的要求，在車身前后左右四個(gè)位置放置E-probe，距離車身3m。為了更好的監(jiān)測(cè)Cable周圍的場(chǎng)強(qiáng)分布，也可以在Cable周圍多放置一些E-probe。到此為止，整車RE仿真模型的創(chuàng)建基本完成。在接下來的3D求解時(shí)建議選擇頻域F求解器，CST從2023版本開始，F(xiàn)求解器支持Thinpanel材料設(shè)置，這一點(diǎn)對(duì)于屏蔽線纜的低頻段3D仿真非常重要，該功能我們將在后續(xù)的案例中給大家展示。

GB/T-18387規(guī)定的RE電場(chǎng)測(cè)試天線位置

整車RE測(cè)試場(chǎng)景建模（頂視圖）

整車RE測(cè)試場(chǎng)景建模（側(cè)視圖）

Cable周圍的E-probe

F求解器的四面體網(wǎng)格

利用IDEM對(duì)3D仿真結(jié)果進(jìn)行處理

整車的結(jié)構(gòu)模型非常復(fù)雜，用IDEM對(duì)S參數(shù)結(jié)果進(jìn)行預(yù)處理非常重要。IDEM詳細(xì)的應(yīng)用介紹，小伙伴們可以參考仿真實(shí)例131：IDEM在電源EMC仿真中的應(yīng)用。IDEM處理之后，接下來就是進(jìn)行場(chǎng)路協(xié)同計(jì)算。