汽车线束串扰和电磁辐射敏感度的时域分析

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1、—————————————————————汽车线束串扰和电磁辐射敏感度的时域分析—————————————————————TimeDomainAnalysisofCrosstalkandElectromagneticRadiationSensitivityoftheAutomotiveWiringHarness作者姓名：张俊东专业名称：车辆工程指导教师：高印寒教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月31日摘要汽车线束串扰和电磁辐射敏感度的时域分析现代社会，大量的电子或电气设备应用于各种行业中，设备电路间互相干扰的问题使电磁兼容学科应运而

2、生。对于汽车行业来说，一方面车载设备的电气化程度不断提高，另一方面外界的电磁环境日趋复杂，使得汽车的电磁兼容性成为困扰行业人员的问题。当下，随着新能源汽车发展趋势不可逆，以电动汽车以及混合动力汽车为代表的现代汽车电磁兼容问题已经成为各大汽车公司主要研究课题。新能源汽车中采用的大量的大功率电力电子器件、动力驱动电机以及高压动力电缆都使得汽车的电磁噪声发射水平大幅增加，其中汽车线束在外场辐射下所产生的辐射敏感度，线束间的串扰，以及线束对外界的辐射是汽车电磁兼容的主要问题。同时由于汽车上线束越来越多，这就使得利用传统计算电磁学方法进行线束串扰和时域

3、辐射敏感度分析越来越耗时，不利于工程应用。为了解决这个难题，一方面是提升计算机的性能，另一方面是改善算法，实现缩短时间，因此本文提出将等效线束方法和时域有限差分方法结合对汽车线束时域串扰和辐射敏感度分析。本文首先介绍了矩量法、等效源法、有限元法等三种计算线束的参数矩阵的数值计算方法，选用有限元法来计算汽车线束的参数矩阵为等效线束法提供数据。然后，提出了一种新型的时域有限差分方法(FDTD)。该方法的差分格式与传统的π型蛙跳(Leapfrog)差分格式区别在于电压和电流沿传输线的离散方式。其中电流节点为传输线离散后每段的源端和负载端；电压节点为

4、每段的中点(T型Leapfrog)。在此基础之上，为了提高计算效率，将T型Leapfrog差分格式转化为半离散化的矩阵形式。其次，介绍一种新差分算法，由于是无条件稳定的算法，即时间步长和空间步长不受稳定条件的限制，时间步长和空间步长相对于有条件稳定的差分算法，如Leapfrog格式，Lax-Friedrichs格式，Lax-Wendroff格式，一阶迎风格式和二I阶迎风格式，可以取得相对大些。这样就有利于提高线束串扰的计算效率。最后将该算法和求线束时域串扰的等效线束方法结合，近一步的提高计算效率。最后，对现有的等效线束方法进行修改使其适用于线

5、束辐射敏感度时域分析。改进后等效线束方法的重要思想为：除仿真所观察的某一线缆外，其余的线缆按照共模阻抗与线束端接阻抗相对大小进行分组，每一组用一根等效线缆表示，计算等效后各线缆的位置坐标，并且对线缆的单位长度电感矩阵和电容矩阵进行等效简化，同时对线缆终端的负载进行简化，从而得到线束的简化模型。将改进后的等效线束方法和时域有限差分方法进行结合计算线束串扰，近一步的提高计算效率。关键词：汽车线束，串扰，电磁辐射敏感度，等效线束方法，时域有限差分法IIABSTRACTTimeDomainAnalysisofCrosstalkandElectroma

6、gneticRadiationSensitivityoftheAutomotiveWiringHarnessInmodernsociety,alotofelectronicorelectricalequipmentusedinvariousindustries,theproblemofinterferencebetweendevicescircuitelectromagneticcompatibledisciplinesemerged.Fortheautomotiveindustry,ontheonehandthedegreeofelectr

7、ificationvehicleequipmentcontinuestoimprove,ontheotherhandtheexternalelectromagneticenvironmentisbecomingincreasinglycomplex,makingtheelectromagneticcompatibilityhasbecometroubledcarindustrypersonnel.Atthesametime,owntothenewenergyvehicledevelopmentirreversibletrend,theEMCi

8、ssueoftheelectricvehiclesandhybridvehicleshasbecomeamajorresearchtopicinmajorcarco