汽車零部件BCI試驗(yàn)中測(cè)試線束的TLM法模型分析

(中認(rèn)(沈陽)北方實(shí)驗(yàn)室有限公司，遼寧 沈陽 110141)

1 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)和科技的高速發(fā)展，人們對(duì)汽油煤炭等傳統(tǒng)能源的需求日益增加，導(dǎo)致傳統(tǒng)能源的損耗速度過快，對(duì)環(huán)境的影響日趨嚴(yán)重，其中最受人們關(guān)注的問題之一就是二氧化碳的排放。出于對(duì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等多方面的因素，各國開始大力發(fā)展新能源汽車。隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，汽車電子零部件的可靠性問題就顯得舉足輕重，這影響汽車行駛的安全性能。但機(jī)動(dòng)車電子部件的可靠性，特別是如何保證整車所集成的各種功能能夠在惡劣的電磁干擾中維持正常工作，滿足電磁兼容就成為了至關(guān)重要的問題，這就凸現(xiàn)了機(jī)動(dòng)車零部件電磁兼容試驗(yàn)的重要性。

在對(duì)機(jī)動(dòng)車零部件進(jìn)行EMC抗干擾測(cè)試中，大電流注入(BCI)抗干擾測(cè)試作為一個(gè)比較經(jīng)典的測(cè)試方法，一直被各大汽車企業(yè)作為規(guī)范廣泛采用。其優(yōu)點(diǎn)在于良好的測(cè)試重復(fù)性，在能夠達(dá)到較嚴(yán)酷的測(cè)試強(qiáng)度的同時(shí)，無需破壞線束結(jié)構(gòu)等。

2 大電流注入(BCI) [2]

大電流注入為零部件國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11452-4中所規(guī)定的電磁抗擾度試驗(yàn)項(xiàng)目，目前標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了“替代法”和“閉環(huán)法”兩種試驗(yàn)方法。

大電流注入法“替代法”的試驗(yàn)布置示意圖如圖1所示。

測(cè)量線束的長度為1700mm(0，+300)。測(cè)試時(shí)，線束類型應(yīng)根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的使用要求確定，線束應(yīng)該放置在50±5mm的絕緣塊上。注入探頭應(yīng)當(dāng)分別放置在距離被測(cè)樣品150 ± 10mm、450 ± 10mm、750 ± 10mm處。信號(hào)源通過與功率放大器連接，為注入探頭提供符合測(cè)試要求的電流強(qiáng)度。

圖1 “開環(huán)法”的試驗(yàn)布置

3 TLM分析方法介紹

FLO/EMC是專業(yè)針對(duì)系統(tǒng)級(jí)電磁兼容性分析的仿真軟件。FLO/EMC采用先進(jìn)的時(shí)域傳輸線矩陣法(TLM)，將沖擊脈沖作為激勵(lì)源。因?yàn)闆_擊脈沖在時(shí)域的寬度趨于無限窄，從頻域來說它能覆蓋無限寬的頻率范圍。當(dāng)以這個(gè)沖擊脈沖來激勵(lì)整個(gè)系統(tǒng)時(shí)，在時(shí)域得到的此脈沖與系統(tǒng)函數(shù)h(t)的卷積，對(duì)應(yīng)于頻域，結(jié)果將是系統(tǒng)函數(shù)H(s)與沖擊脈沖的頻域響應(yīng)的乘積，由此我們可以得到整個(gè)系統(tǒng)的頻域響應(yīng)H(S)。由于以上的求解原理，只需要一次求解就可以得到系統(tǒng)在整個(gè)頻域的響應(yīng)。

當(dāng)對(duì)體積較大的物體進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)EMC分析時(shí)FLO/EMC采用獨(dú)特的精簡(jiǎn)模型及嵌入式網(wǎng)格技術(shù)，并采用獨(dú)特的Octree網(wǎng)格合并技術(shù)，在保證計(jì)算準(zhǔn)確性的前提下，大大提高了計(jì)算速度。

4 模型建立

根據(jù)麥克斯韋推導(dǎo)出，一根細(xì)導(dǎo)線被入射角θ的平面波電場(chǎng)E0照射，導(dǎo)線上在任意位置z沿導(dǎo)線的感應(yīng)電流表達(dá)式為：

Ez=E0sinθejkzconsθ

(1)

經(jīng)過積分變換，可以推導(dǎo)出：

I(z)=C1sinkz+C2coskz-Ise-jkz

(2)

式中的C1和C2由邊界條件確定，并且式中Is為：

(3)

由此在80MHz的頻率下建立導(dǎo)線的等效模型，如圖2所示。

圖2 等效模型

耦合端口電流的分布如圖3所示。

圖3 耦合端口電流的分布

由此可以看出，在隨著導(dǎo)線上距離電流注入鉗距離一定的情況下，頻率越高衰減越大，換言之，在電流注入鉗距離一定的情況下，頻率越低，受到的干擾越強(qiáng)，這也為實(shí)際檢測(cè)工作提供了指導(dǎo)性理論依據(jù)。由此可以得到，在測(cè)試中電流注入鉗位置一定的請(qǐng)款下，在較低的頻率時(shí)，被測(cè)試的樣品受到的干擾更強(qiáng)。因此，當(dāng)被測(cè)試樣品在低頻較為敏感時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)增加抗干擾措施。并且，根據(jù)等效模型也可以看出，導(dǎo)線中的干擾電流是向兩側(cè)發(fā)散的，因此被測(cè)線束另一側(cè)的負(fù)載端，同樣會(huì)受到干擾。雖然負(fù)載相對(duì)于被測(cè)試樣品距離電流注入鉗更遠(yuǎn)，同樣會(huì)受到干擾，所以在設(shè)計(jì)被測(cè)試樣品的同時(shí)，對(duì)于含有電子電路的負(fù)載也需要增加抗干擾措施，避免測(cè)試時(shí)產(chǎn)生誤判。

5 結(jié)語

為滿足ISO 11452-4 《道路車輛 電氣/電子部件對(duì)窄帶輻射電磁能的抗擾性試驗(yàn)方法 第4 部分:大電流注入(BCI)法》中對(duì)汽車電子零部件的大電流注入抗擾度試驗(yàn)的要求，采用傳輸線矩陣的方法(TLM)對(duì)被測(cè)試樣品的線束進(jìn)行建模和研究，并對(duì)騷擾源集總的表面電流、騷擾特性進(jìn)行了仿真，推論出實(shí)驗(yàn)中容易產(chǎn)生的問題，全面了解和掌握該測(cè)試的傳導(dǎo)特性，為企業(yè)設(shè)計(jì)和制造汽車零部件產(chǎn)品提供了有力的理論基礎(chǔ)。