复杂车辆线缆电磁效应研究

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1、复杂车辆线缆电磁效应研究ResearchonElectromagneticEffectofComplexVehicleCables作者姓名：赵辉专业名称：通信与信息系统指导教师：赵昱副教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年6月6日复杂车辆线缆电磁效应研究摘要随着汽车电子信息化程度的不断提高，现代车辆的机动性与安全性越来越依赖于电子电控系统。同时日趋复杂的电磁环境也对车辆电磁兼容技术提出了更高要求，尤其是HEMP（高空核电磁脉冲）等强电磁环境下，车内电子设备将受到严重干扰甚至毁伤，车辆的电磁兼容能

2、力已成为保障其机动性和安全性的重要指标。车辆线缆是连接各个电子设备的关键纽带，同时也是电磁能量进入电子电控系统的重要耦合通道。实际车辆线缆结构复杂、形状不规则、数目多、密集程度高且遍及整车，而且线缆尺寸相对于车辆尺寸相差两到三个量级，无论是理论分析还是仿真分析，获得高精度的电磁效应数据都存在一定的难度。深入研究复杂车辆线缆电磁耦合机理与效应，对车辆电磁兼容设计与工程实施具有重要意义。本文将电磁拓扑理论应用到车辆线缆的电磁效应问题中，对复杂车辆线缆进行电磁拓扑分析并划分拓扑层，逐层研究外界电磁场对车内

3、线缆的耦合机理。分析车内线缆结构，将其抽象成单线、双线、多芯线、线缆网络及屏蔽线五种典型模型。通过结合CST车内电场仿真、传输线BLT方程以及场线耦合模型，分别研究了HEMP环境下车内五种线缆模型的电磁效应计算方法，并对车内屏蔽线缆接地问题进行了初步探索，得到大量仿真数据，为车辆线缆的电磁防护提供理论依据与工程指导。论文主要内容及贡献如下：（1）应用电磁拓扑理论，对复杂车辆线缆进行了拓扑分析，并将其分为车辆外壳和车内线缆两个层次，分别建立电磁拓扑模型；逐层分析了外界电磁场对车内线缆的耦合机理，对比分

4、析Taylor模型、Agrawal模型、Rachidi模型三种经典场线耦合模型特性，并根据车内线缆实际情况，重点研究了Agrawal模型在车内线缆电磁效应计算中的应用。（2）分析了车外HEMP激励源的时域特性和频域特性；利用传输线BLT方程和场线耦合模型，研究HEMP激励下理想地平面上单线与双线等简单线缆的电磁效应计算方法，并利用CST模拟仿真结果对比验证算法的有效性；将上述理论算法与CST车内环境仿真结合，求解HEMP激励下车内简单线缆模型的电磁响应。（3）在简单线缆电磁效应的理论算法基础上，研究

5、HEMP激励下车内多芯线以及线缆网络两种复杂结构线缆模型的耦合响应；对于多芯线模型，将单导体传输线BLT方程替换为多导体传输线BLT方程求解线缆响应，并采用等效线束分组简化方法，将I多芯线束的芯线数目减少至4根以内，在保证计算结果准确性的基础上，提高了计算效率；针对车内线缆网络模型，建立由节点和管道组成的电磁拓扑模型，确定线缆网络链路参数和电磁拓扑BLT方程，并结合CST软件仿真与场线耦合模型，求解车内线缆网络各节点电磁效应。（4）对车内屏蔽线进行了电磁拓扑划分，在车壳和线缆两层的基础上增加线缆屏蔽

6、层，同样结合传输线BLT方程与场线耦合模型，计算了车内屏蔽线电磁效应，并与单线对比以验证屏蔽效果。参考屏蔽接地标准，结合实际工程需要，首先利用CST软件仿真了理想地平面上屏蔽线的屏蔽层在单点、双点、多点等不同的接地方式，以及不同接地电阻时的芯线响应，并提出一种非端点接地技术，接地效果优于前述端点接地方式；将上述接地技术在车内屏蔽线上进行仿真分析，验证了车内屏蔽线多点接地方式的良好性能。上述分析方法及数据结论，将为车辆电磁兼容技术研究提供参考。关键词：电磁拓扑，场线耦合，传输线理论，车内线缆响应，接地

7、IIResearchonElectromagneticEffectofComplexVehicleCablesABSTRACTWiththeimprovementofautomotiveelectricaldegree,themaneuverabilityandsafetyofmodernvehiclesarereliantonelectroniccontrolsystemsmoreseriously.Atthesametime,higherrequirementsareputforwardforv

8、ehicleelectromagneticcompatibletechnologyintheincreasinglycomplexelectromagneticenvironment.EspeciallyintheenvironmentofHEMP(highaltitudeelectromagneticpulse),electronicequipmentinsidethevehiclewillbeseriouslydisturbedandevendamaged.Ele