实例分析--汽车内电磁环境的建模分类
实例分析--汽车内电磁环境的建模分类
实例分析--汽车内电磁环境的建模分类汽车电子化的进展迅速，已经进入了使用电子技术实现高端功能的时代。
与此同时，在设计阶段便考虑电磁环境的做法也愈发重要。
汽车整体和开发的全部工序都需要在充分意识到EMC（Electro-magnetic Compatibility）的体系中实施。
也就是说，“EMC设计框架”已经是不可或缺的机制。
这一机制包括了设计技术、EMC对策、系统开发、交流等产品化所需要的技术和体制。
如果能够按照生产一线的实际情况对这些进行恰当的整理，那么就可以灵活应对人们对于汽车的需求变化。
在这里，笔者将以汽车导航系统（车载导航仪）设计一线的经验为依据，从汽车部件厂商的角度出发，介绍对车载设备EMC的思考方法、以及设计流程的一部分。
电磁辐射强度随着车载导航仪的高性能而增大首先介绍车载导航仪的多功能化和高速化。
众所周知，车载导航仪的出发点是导航，然后才是通过DSRC（Dedicated Short Range Communications ）、电视、移动网络等通信手段与车外相连接。
现在，车载导航仪已不再是单纯的指路工具，而是发展成为了能够借助各类供应商进行多种内容交换的双向交流装置。
为了向驾驶员提供安全、放心、便利、舒适的驾驶环境，车载导航仪正在向联结人与机械（这里指汽车）的HMI（Human Machine Interface）中心转变（图1）。
图1：汽车多媒体全球导航仪从“指路”装置转变成了向驾驶员提供“贴心服务”和“愉悦心情”的“HMI中心”。
(点击放大)今后，车载导航仪的多媒体化还将继续发展，在兼顾前面提到的“安全放心”、“便利舒适”这两个主轴的同时，不断增加功能（图2）。
因此，与EMC相关的技术也将愈发重要。
比如，当车载导航仪能够与车辆内各个仪器联动，协助防止冲撞时，车载导航仪本身作为传感器，就需要较高的可靠性。
这时，抗扰度（对于电磁噪声的耐受性）就会成为课题。
而且，随着车内外网络的拓展，防止与外部仪器之间相互干扰的EMC技术也愈发重要。
汽车控制器线束的电磁兼容仿真研究
汽车控制器线束的电磁兼容仿真研究汽车控制器线束在车辆电气系统中起着至关重要的作用。
然而，在使用过程中，可能会面临许多电磁兼容问题，这些问题会影响到车辆的性能和可靠性，严重时甚至会对乘客的安全造成威胁。
因此，在研制和生产车辆控制器线束的过程中，需要进行电磁兼容仿真研究，以确保其能够正常工作且不产生不期望的干扰。
本文基于一款车型介绍汽车控制器线束的电磁兼容仿真研究。
首先，需要对车辆的电磁环境进行建模。
采用ANSYS Workbench软件进行模拟，建立模型，将车辆周围的电磁场与外部辐射源的影响考虑在内。
此时，在仿真中需要考虑到车辆轮毂转速、转向灯闪烁频率、车速在变化时产生的交流噪声等因素。
然后，需要在仿真软件中导入车辆控制器线束的三维模型。
考虑到线束内部的布线等细节问题，需要将其拆分为一个个子模型，导入到仿真软件中，并标记上各个导线之间的电气连接关系。
在这个过程中，需要特别注意每个线束接头的功率负载以及对地的接触情况。
接下来，对于每个线束，需要进行EMI/EMC仿真分析。
这样可以评估线束内导线之间的距离是否足够远，是否会产生电磁干扰，同时也评估线束的噪声抑制能力。
在进行分析过程中，需要确定线束内部的噪声来源，并根据此来选择合适的解决方案。
例如，可以采用滤波器降低高频噪声，或使用屏蔽材料避免低频辐射干扰。
这样可以提高线束的抗干扰能力，提高线束的可靠性。
最后，在仿真结果的基础上，对线束进行优化。
例如，可以移动线束细节，修改线束的走向，增加屏蔽材料等。
这样可以改善线束内部的电磁状况，从而提高整个系统的可靠性和电磁兼容性。
综上所述，汽车控制器线束的电磁兼容仿真研究是非常关键的。
通过此类研究可以排除线束内部的干扰问题，增强汽车系统极度的可靠性。
同时，也可以减少整个车辆的电磁干扰。
这项研究需要借助包括ANSYS Workbench在内的仿真软件，并结合现场测试与调整，最终得以保证汽车系统的完美工作。
在进行汽车控制器线束的电磁兼容仿真研究时，需要考虑到车辆的整体电磁环境。
复杂电磁环境的分析与建模
第1章绪论1.1 课题背景及意义任何作战行动都在一定的空间和环境中进行。
作战空间和作战环境是一个时代的科学技术、武器装备、作战方式和自然因素有机结合的产物。
当今时代，信息技术的迅猛发展及其在军事领域的广泛应用，孕育了新的战争形态——信息化战争，信息化战争中，交战双方大量使用电子信息装备，不仅数量庞大、体制复杂、种类多样，而且功率大，在激烈对抗条件下所产生的多类型、全频谱、高密度的电磁辐射信号，以及己方大量使用电子设备引起的相互影响和干扰，造成在电磁信号时域上突发多变、空域上纵横交错、频域上拥挤重叠。
即信息化战争开辟了与陆海空天相并列的“第五维战争空间”——电磁空间，形成了与传统的社会、地理、气象、水文等并重的新的战场环境——战场电磁环境。
随着军队信息化进程的加快，战场电磁环境日益复杂，电磁空间的斗争空前加剧，并对军事活动产生着深刻的影响。
使得战场感知难、指挥控制难、支援保障难以及信息化装备作战效能难。
因此夺取制电磁权，成为夺取制信息权，进而夺取战争主动权的关键。
深入研究复杂战场电磁环境，对掌握信息化战争的主动权，打赢信息化战争具有重要意义。
1.2战场复杂电磁环境的相关研究现状战场电磁环境对于世界而言还是个全新的学科，各国对于战场电磁环境的认识与研究还有无限的提升的空间。
美国国防部认为，电磁环境(EME)是存在于防护区内的一个或若干个射频场战场，在2009年指出战场电磁环境是军队、系统或平台在指定的作战环境中执行作战任务时，可能遇到的在不同频段辐射或传导的电磁发射体的功率与时间分布的作用结果。
前苏联军事百科全书中指出，电磁环境是影响无线电装置或其部件工作的电磁辐射环境。
美、俄(苏)军方对于电磁环境概念的表述不仅限于一定区域内的电磁现象总和，更有时域、频域、空域、能量域“四域”特征方面的认识。
我国对战场电磁环境相关问题的研究起步较晚，且战场电磁环境概念在学术界还未统一。
其中具有代表性的观点是：战场电磁环境，就是指在一定的战场空间内，由空域、时域、频域、能量上分布的数量繁多、样式复杂、密集重叠、动态交迭的电磁信号构成的战场电磁环境。
复杂电磁环境的分析与建模
技术创新与应用前景
技术创新：开发新型电磁材料、电磁屏蔽技术、电磁兼容技术等
应用前景：在军事、航天、通信、医疗等领域具有广泛应用前景
挑战：电磁环境复杂多变，需要不断更新技术以适应新的挑战 未来发展：随着科技的进步，电磁环境将更加复杂，需要不断探索新的 解决方案和技术手段。
THANK YOU
汇报人：
统计建模的方法：包 括回归分析、时间序 列分析、贝叶斯网络 等
统计建模的应用：在 复杂电磁环境中进行 预测、优化和决策
统计建模的挑战：如 何准确描述复杂电磁 环境的特征和规律， 如何提高模型的准确 性和可靠性
混合建模
混合建模的概念：将多种建模方法相结合，以更好地描述复杂电磁环境的 特性
混合建模的优势：提高建模精度，降低建模难度，提高建模效率
混合建模的方法：包括物理建模、数学建模、统计建模等
混合建模的应用：在电磁环境分析、电磁干扰预测、电磁兼容设计等领域 有广泛应用
ห้องสมุดไป่ตู้
模型验证与评估
验证方法：仿真实验、实 际测试等
评估指标：准确性、稳定 性、可靠性等
评估结果：模型性能、适 用范围等
改进措施：优化模型、调 整参数等
复杂电磁环境的应用场景
雷达系统
复杂电磁环境的分析与建模
汇报人：
单击输入目录标题 复杂电磁环境概述 复杂电磁环境的分析方法 复杂电磁环境的建模技术 复杂电磁环境的应用场景 复杂电磁环境面临的挑战与未来发展
添加章节标题
复杂电磁环境概述
定义与特性
复杂电磁环境：指由多种电磁波源、多 种电磁波频段、多种电磁波传播路径、 多种电磁波传播方式构成的电磁环境
电子对抗系统
电子对抗系统的定义和作 用
关于汽车电子的电磁兼容性分析
关于汽车电子的电磁兼容性分析
汽车电子的电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，简称 EMC）分析是指对汽车电子系统在电磁环境中的兼容性进行评估和分析，以确保汽车电子设备在电磁干扰环境
下能正常运行，并且不对其它电子设备、设施和环境产生有害影响。
1. 电磁环境评估：首先需要对汽车电子设备使用的电磁环境进行评估。
这包括测量
和分析汽车电子设备所处的电磁场强度、频率范围和干扰信号等。
通过对电磁环境的评估，可以确定汽车电子设备所需的电磁兼容性水平。
2. 电磁噪声分析：在电磁环境评估的基础上，对汽车电子设备敏感的电磁噪声进行
分析。
这包括对可能对汽车电子系统产生干扰的电磁源进行识别和量化分析，以及对电磁
噪声传输路径进行评估。
通过电磁噪声分析，可以确定汽车电子设备受到的主要干扰源和
干扰途径。
4. 电磁兼容性设计：根据电磁噪声和电磁耦合分析的结果，进行电磁兼容性设计。
这包括选择合适的屏蔽材料和屏蔽结构，进行电磁辐射和电磁感应消除设计，以及优化电
子设备的布局和线路设计等。
通过电磁兼容性设计，可以提高汽车电子设备的电磁兼容性
水平，减少其对外界以及其他电子设备的干扰。
通过以上分析和设计，可以保证汽车电子设备在电磁环境中的可靠性和安全性。
电磁
兼容性分析也有助于解决汽车电子设备之间的互相干扰问题，提高汽车电子系统的整体性能。
电磁兼容 环境 电磁环境的描述和分类
电磁兼容环境电磁环境的描述和分类电磁兼容（Electromagnetic Compatibility，简称EMC）是指在电磁环境中，各种电子设备能够在不互相干扰的情况下正常工作的能力。
电磁环境是指设备所处的电磁场环境。
本文将对电磁兼容和电磁环境进行描述和分类。
一、电磁兼容的描述电磁兼容是指各种电子设备在电磁环境中能够正常工作，而不产生或受到干扰的能力。
在现代社会中，电子设备的使用越来越广泛，各种设备之间的电磁干扰问题也日益突出。
电磁兼容性的研究旨在解决电子设备之间的相互干扰问题，确保设备能够稳定可靠地工作。
电磁兼容性的研究主要包括两个方面：抗干扰性和抗辐射性。
抗干扰性主要研究电子设备对外界干扰的抵抗能力，即设备在电磁环境中受到外界干扰时仍能正常工作；抗辐射性主要研究电子设备对外界辐射的抵抗能力，即设备在电磁环境中产生的辐射对周围设备和环境的影响。
二、电磁环境的分类电磁环境按照频率范围可以分为低频电磁环境、射频电磁环境和微波电磁环境。
1. 低频电磁环境低频电磁环境主要包括50Hz电力频率范围内的电磁场。
在低频电磁环境中，主要的干扰源是电力线和电力设备。
电力线上的电流会产生磁场，而电力设备本身也会产生电磁辐射。
低频电磁环境对人体健康的影响是一个重要的研究领域。
2. 射频电磁环境射频电磁环境主要包括30kHz至300GHz范围内的电磁场。
在射频电磁环境中，主要的干扰源是无线通信设备和雷达设备。
无线通信设备包括手机、电视、无线局域网等，而雷达设备主要用于军事和民用领域。
射频电磁环境的研究主要集中在无线通信和雷达设备对周围设备和环境的干扰问题上。
3. 微波电磁环境微波电磁环境主要包括300MHz至300GHz范围内的电磁场。
在微波电磁环境中，主要的干扰源是微波炉、手机基站和卫星通信设备。
微波炉是我们日常生活中常见的家用电器，而手机基站和卫星通信设备则是无线通信的关键设施。
微波电磁环境对人体健康的影响也是一个备受关注的问题。
电磁特征行为级建模
电磁特征行为级建模1.引言1.1 概述概述电磁特征行为级建模是一种通过分析和描述物体或系统在电磁环境中的行为来为其建立模型的方法。
在不同的电磁场环境中，物体或系统的电磁行为会产生不同的特征，这些特征可以被捕捉和分析，以进一步理解和预测其性能和行为。
传统的建模方法主要依赖于物理模型和经验模型，这些模型通常需要复杂的数学推导和实验数据验证。
然而，随着电磁感应技术的进步和计算能力的提高，电磁特征行为级建模成为一种更加高效和准确的建模方法。
电磁特征行为级建模的核心思想是通过采集和分析物体或系统在电磁环境中的电磁信号，利用机器学习、数据挖掘和模式识别等技术，提取出关键的特征信息，并将其作为建模的基础。
这种方法能够更好地描述物体或系统的电磁行为，同时减少了对物理模型的依赖。
通过建立准确的电磁特征行为级模型，我们可以更好地理解和优化物体或系统在复杂电磁环境下的性能和行为。
本文将首先介绍电磁特征行为的概念和特点，包括电磁信号的产生、传播和感应机制等。
接着，将详细介绍电磁特征行为级建模的方法和技术，包括特征提取、模型训练和评估等方面。
最后，对电磁特征行为级建模的应用前景进行展望，并提出未来的研究方向和挑战。
通过对电磁特征行为级建模的研究和应用，我们可以更好地理解和掌握物体或系统在电磁环境中的行为规律，为电磁感应和应用提供更准确和可靠的模型基础。
这将有助于推动电磁技术在各个领域的应用和发展，提高系统的性能和可靠性。
1.2文章结构文章结构部分的内容应该包括以下内容：在该部分，我们将对本篇文章的结构进行介绍。
本文共分为三个主要部分：引言、正文和结论。
引言部分将首先对电磁特征行为级建模的概念进行概述，说明其在相关领域中的重要性和应用。
接着我们将介绍文章的结构，包括各个章节的内容和顺序。
最后，我们将明确阐述本文的目的，指明我们所探讨的问题和研究的目标。
正文部分将详细介绍电磁特征行为的概念和相关知识。
我们将探讨电磁特征行为的定义、特点和发展趋势，并提供一些实际的案例和应用。
汽车的整车建模及其电磁兼容仿真
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电尺寸小，而车体尺寸大，属于电火尺寸。文献
［７－９］分别利用矩量法（ＭｏＭ）．时域有限差分法 （ＦＤＴＤ）对车体上的单一线天线的电参数进行了 分析．文献［１０］中用ＦＤＴＤ法分析了飞机体上的线 天线间的耦台问题。总的来说．针对车载天线的 仿真研究中，车体模型都比较简单，分析的是位 置固定天线的相关问题，并且天线类型基本为线
Ｊ。‘ ｆ
２１车载干扰海 车载干扰源主要是指车上的各种电气系统产 生的电磁干扰，这也是我们在做汽车电磁兼容研 究时主要考虑的干扰源。汽车内部的电磁干扰主 要来谱通 常在０ １～１０００栅ｚ之间，对汽车内、外的电子设
图２千扰电流的理论波形及频谱
下面是圆形贴片天线的仿真，圆形贴片天线 的外径为２３衄，高度为０．０７ｎｎｎ，安装位置位于车
顶蓬中心处。仿真计算了频率从Ｏ—ｌＧＨｚ的Ｓ参量，
加密前的仿真波形，红色曲线为网格加密后的仿
真波形。
远场监视器的频率为２．４ＧＨｚ，端口信号和Ｓ参量的
波形分别如图７和图８所示。
３
参考文献：
［Ｉ］孙凤英．汽乖电磁干扰及防十扰，汽车电器，１９９８
睡５三雏电磁仿真宴体蕞型
进行电磁仿真时选择高斯脉冲激励，激励振函数
￡（ｆ）：ｅｘ“一型≮止） ｒ
ｔ决定了脉冲的宽度，通过选择它可以撤励 出满足需要的频率范围。这里是取ｆ＝２ Ｉ／ｔ，此 时高斯脉冲频谱振幅下降到直流分量振幅的ｅｘｐ
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实例分析--汽车内电磁环境的建模分类
汽车电子化的进展迅速，已经进入了使用电子技术实现高端功能的时代。
与此同时，在设计阶段便考虑电磁环境的做法也愈发重要。
汽车整体和开发的全部工序都需要在充分意识到EMC（Electro-magnetic Compatibility）的体系中实施。
也就是说，“EMC设计框架”已经是不可或缺的机制。
这一机制包括了设计技术、EMC对策、系统开发、交流等产品化所需要的技术和体制。
如果能够按照生产一线的实际情况对这些进行恰当的整理，那么就可以灵活应对人们对于汽车的需求变化。
在这里，笔者将以汽车导航系统（车载导航仪）设计一线的经验为依据，从汽车部件厂商的角度出发，介绍对车载设备EMC的思考方法、以及设计流程的一部分。
电磁辐射强度随着车载导航仪的高性能而增大
首先介绍车载导航仪的多功能化和高速化。
众所周知，车载导航仪的出发点是导航，然后才是通过DSRC（Dedicated Short Range Communications ）、电视、移动网络等通信手段与车外相连接。
现在，车载导航仪已不再是单纯的指路工具，而是发展成为了能够借助各类供应商进行多种内容交换的双向交流装置。
为了向驾驶员提供安全、放心、便利、舒适的驾驶环境，车载导航仪正在向联结人与机械（这里指汽车）的HMI（Human Machine Interface）中心转变（图1）。
图1：汽车多媒体全球导航仪从“指路”装置转变成了向驾驶员提供“贴
心服务”和“愉悦心情”的“HMI中心”。
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今后，车载导航仪的多媒体化还将继续发展，在兼顾前面提到的“安全放心”、“便利舒适”这两个主轴的同时，不断增加功能（图2）。
因此，与EMC相关的技术也将愈发重要。
比如，当车载导航仪能够与车辆内各个仪器联动，协助防止冲撞时，车载导航仪本身作为传感器，就需要较高的可靠性。
这时，抗扰度（对于电磁噪声的耐受性）就会成为课题。
而且，随着车内外网络的拓展，防止与外部仪器之间相互干扰的EMC技术也愈发重要。
在声音识别和停车辅助等车载导航仪本身的多功能化，以及音视频娱乐功能的一体化进程中，考虑电磁噪声的发射问题是不可回避的课题。
图2：车载导航仪的多媒体化在兼顾“贴心服务”和“愉悦心情”的同时增加功能。
EMC
成为重要课题。
来自CPU和内存的辐射增大
在这里，让我们来回顾一下车载导航仪的发展历史。
1987年作为电子地图显示装置问世的车载导航仪，首先于1990年实现了搜索前往目的地路径和指路的功能，然后，到1995年左右，指路实现了语音化。
接着，进入2000年以后，与各种网络服务联动的多媒体化得到了发展。
为了实现上述进步，车载导航仪的性能得到了稳步提高。
以路径搜索时间为例，2007年与1990年相比，时间缩短到了1/10以下。
位置误差（精度）实现了1/6以下的高精度化
（图3）。
图3：性能的变化图在从导航仪向语音导航仪、多媒体型导航仪转变的
过程中实现了大幅度的高速化·高精度化。
其原动力毋庸置疑是CPU的进步（即计算机系统的大规模化和时钟的高速化）。
车载导航仪的CPU时钟和内存总线时钟频率近来得到了快速提高（图4）。
CPU时钟频率正在逼近上限，今后，提高性能可能要依赖在一个LSI内配置多个CPU的多CPU化进程。
而另一方面，DRAM的内存总线还在以不增加位宽的前提下提高性能，因此，时钟频率的上升势不可挡。
图4：车载导航仪用CPU/DRAM的高速化趋势辐射能的预测趋于重要。
芯片面积和时钟频率的增加容易导致辐射电磁噪声增大。
因此，对这些辐射源的辐射进行预测管理会逐渐成为重要环节。
对于车载导航仪的核心（Navi-Core），如图5（a）所示，CPU和总线是主要辐射源。
由经验可知，直接来自于CPU的辐射能指标Pc与工作电压的平方、工作频率、芯片面积分别成正比，这些数值的积被作为“辐射能指标”应用到了预测管理（图5（b）注1）之中。
内存总线的辐射能指标Pm也同样与工作电压的平方、工作频率、内存总线位宽的积成正比。
注1）来自CPU的电磁噪声主要有以下两个发生源：（1）来自时钟线和信号线的辐射，（2）驱动电路直通电流的辐射。
笔者认为（2）占主要地位。
驱动电路一般由两个晶体管的图腾柱结构组成，在时钟的边缘部分存在电流贯穿上下晶体管的时刻。
该直通电流的辐射是过流进入无限接近于0的阻抗时产生的，远远大于（1）中充放电电流流经时钟线和信号线布线时的辐射。
因此可以认为，辐射同样为（2）较大。
图5：车载导航仪的CPU/内存总线辐射能
把这些辐射能指标的变化绘制成图表可以得到类似于图5（c）的增长曲线。
该指标为20以下时无需特殊对策，70以下时需要从设计阶段开始实施对策，如果超过70，凭借现有的知识则很难找出对策。
因此，2010年之后的对策技术开发将更加重要。
如上所述，随着电子电路辐射能的增大，从设计阶段开始研究EMC已经成为了不可或缺的步骤。
车辆的电磁环境整理为3级
图6给出的树形图对于理解EMC的整体结构很有帮助，本公司的内部培训也经常使用。
这是按照发射/抗扰度、传导/辐射的组合，把EMC分成四个大类进行整理的方法。
其中，在设计阶段的EMC研究和测量精度方面，尤其需要注意的是电场的辐射。
图6：EMC的分类树在设计阶段研究EMC时需要特别注意电场辐射噪声。
(点击
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EMC有国际标准，与发射相关的CISPR（Comite International Special des Perturbations Radioelectriques）、与抗扰度相关的ISO（International Organization for Standardization）等都被制定成了标准。
此外，各国和地区也通过法律对发射和抗扰度进行了规制。
而且，汽车厂商为了使汽车产品能够上市，还会沿袭CISPR和ISO的思考方法，自行制定一些部分更加严格的标准。
各汽车厂商制定的发射标准与CISPR25（用于保护车载接收器的干扰波限值及测量法）相比，有时GPS频带和通信频带的发射限值规定会偏低，对于部件厂商而言要求非常严格。
辐射抗扰度的标准同样如此，某些汽车厂商甚至提出了在雷达频带下抗扰度为600V/m 的苛刻要求。
与ISO11452（车载仪器的抗扰度试验标准）在特定频率下的期望值为200V/m 相比，需要耐受3倍的数值，所以汽车厂商要求的指标更为苛刻。
如上所述，进行设计需要从发射和抗扰度两个方面出发，在遵守EMC相关法令和汽车厂商所要求的指标的同时，使终端用户感到满意。
对于设计技术人员而言，重要的是将EMC 设计视为产品的基本功能之一。
但是，电子仪器的网络环境正在车内外不断拓展。
车外有借助手机等的广域通信网、借助无线LAN的狭域无线系统。
车内则遍布信息系统、车体系统、传动系统等多种有线LAN。
所涉及的EMC模式按照图7整理为3级后更加容易理解。
如图，1级是与发射塔·无线基站·雷达等车辆外部相关的EMC，2级是与车载导航仪和车载仪器间的干涉相关的EMC，3级是与车载导航仪的仪器内干涉相关的EMC。
（特约撰稿人：大山真次，电装）
图7：EMC的3级分类。