SIMULIA CST电磁仿真

智能汽车、无人驾驶汽车、新能源汽车这几年一直是汽车行业关注的热点，随着5G技术越来越普及，汽车智能化发展将越来越迅速。从传统汽车到智能汽车，不是简单功能的增强，而是从单一功能的交通工具变成可移动的办公和娱乐空间，成为物联网的新入口。这一切依靠的是无线通信、高速网络接入、传感器、电机控制、车载计算机以及人工智能等大量高科技技术的突破。整个系统的复杂性和集成度将达到较高的水平，必须采用基于仿真的产品设计流程，提前实现方案模拟与虚拟样机验证，才能从根本上增强产品质量，缩短产品设计时间，并增加产品的安全性。

SIMULIA旗下的CST软件是一款专注于3D电磁场仿真、并提供电路、热及结构应力协同仿真的设计软件，提供完备的时域和频域全波电磁算法和高频算法，软件仿真的频段从DC到GHz+。典型应用涵盖了智能汽车设计所包含天线/雷达、电磁兼容、高速互连SI/PI、电机驱动系统、场路协同、电磁-温度及温度-形变等不同领域。

1.电机控制板CE（传导发射）仿真

某公司电机控制板在A版本的CE测试中，出现CE超标问题，客户使用了很多外围处理的办法，但是无法在产品上落地。通过仿真手段，证明通过优化PCB走线，能够大幅下降CE发射水平，并在正式投板之前，进行了仿真验证，证明改版方案有效。投板B版本后的测试结果与仿真结果一致，客户用很少的代价解决了这个难题。

2.毫米波雷达整车安装场景仿真

某公司使用CST对新研发的毫米波雷达进行整车安装场景分析。首先在利用CST的T求解器提取了雷达天线的远场源，然后用A求解器评估汽车保险杠对天线性能的影响，在这个过程中不断优化汽车保险杠的设计，通过Range-Doppler map对实际的路况场景进行模拟。通过视频监控与雷达探测结果进行对比，确定雷达系统的探测精度满足要求。仿真在雷达天线设计过程中，发挥了重要的作用。

3.汽车内饰电磁兼容仿真

该产品属于汽车内嵌饰背光板，包含电源电路，背光电路，通讯电路来需要实现氛围灯的亮度及颜色的调整及律动方案等。两块相同的电路板通过cable连至车身，电路框图如下图。

利用CST cable to 3D功能实现复杂线缆的3D建模，解决工程师的建模难题。

根据CE测试报告，以及硬件电路分析，可以判断噪声源主要来自两部分电路：LIN总线和开关电源芯片。在噪声源的建模中，需要同时构建LIN和电源芯片的模型。

以电源芯片建模为例，电源芯片由于是集成芯片，官网提供的PSPICE模型，并不具备关键的EMC噪声参数，因此并不能作为EMC仿真的输入。利用了CST模型库中自带的开关电源模型，对其进行模拟。

仿真和测试结果对比如下图所示，可以看出从150K-108M频段，CE的仿真和测试结果一致性很高。

4. IGBT模块3D建模仿真

车规级IGBT模块是新能源汽车核心的功率器件之一，在电驱逆变器、电源变换器、空调、OBC等模块中被大量使用。硬件工程师在设计硬件电路时需要考虑IGBT的开关特性、缓冲电路、驱动电路、杂散电感、短路保护等，这些都是设计的难点和关键。

借助SIMULIA CST的微波工作室，对高压IGBT模块进行3D建模，可以提取引脚和PCB的寄生参数，通过场路协同来模拟IGBT的工作状态，仿真出来的电压、电流波形和测试结果基本上一致。对于电路设计者而言，通过仿真可以更好地指导下一步的设计，节省时间和经济成本。

创建3D模型时，需要对IGBT模块去封装做拆解，根据真实模块尺寸来构建IGBT内部的精细结构。寄生参数的提取可以通过CST低频工作室的RLC求解器计算提取获得，也可以通过CST微波工作室全波仿真来获取。

根据双脉冲仿真和测试结果对比，我们可以发现，无论是母线电流，还是Vds电压，仿真结果与实际测试结果都具有很强的一致性：

5. 车辆对车辆通信

车辆对车辆（V2V）和车辆对基础设施（V2I）系统需要对其环境中的汽车进行更详细的分析，包括经过的车辆和周围的基础设施。高性能计算以及系统组装和建模使得在很大的详细模型中也可以仿真天线性能。

两辆相距10m汽车的V2V连接在5.9GHz下电场分布

V2V天线的远场显示经过公交车的屏蔽示例