CN104408261A - 一种适用于汽车复杂结构的整车电磁兼容模型建立方法 - Google Patents

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李旭
熊荣飞
郭迪军
陈渝
吴存学
吴仁钢
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Abstract

本发明提处一种适用于汽车复杂结构的整车电磁兼容模型建立方法，采用基于HyperMesh和Matlab软件平台的整车CATIA模型简化和EMC网格模型重构技术，其技术方案为：首先，利用有限元软件HyperMesh对复杂车体各关键部分的CATIA模型进行简化和网格剖分。然后，开发Matlab程序提取剖分后的节点坐标数据。最后，在Matlab中编写形成网格模型的VBS程序，重构成电磁仿真软件可以处理的整车EMC模型。本方法可以初步解决整车EMC精细模型与计算机内存需求和计算时间之间的矛盾，为汽车开发过程中快速高效的获取所需精度的整车EMC模型提供一种行之有效的途径。

Description

一种适用于汽车复杂结构的整车电磁兼容模型建立方法
技术领域
本发明属于汽车的电磁兼容技术领域。更确切的说，本发明提出了一种适用于汽车复杂结构的整车电磁兼容模型的建立方法。
背景技术
各类电气和电子设备在汽车上的广泛应用，使得车内的电磁环境日益复杂。为降低车内电气设备之间的相互电磁干扰影响，保证整车的电磁兼容(EMC)性能，满足国家/国际电磁兼容法规及用户对安全可靠性和舒适性等方面的要求，在车型项目开发过程中，对汽车的电磁兼容问题进行建模和优化分析就显得尤为重要。目前针对汽车电磁兼容的仿真建模大多集中在零部件级和分系统级的研究，整车系统级的仿真几乎没有。其主要原因是整车结构非常复杂，很难建立起既能保证一定的计算精度又能兼顾一定计算效率的整车EMC模型。
发明内容
本发明针对现有技术存在的以上问题，提供一种适用于汽车复杂结构的整车电磁兼容模型建立方法，采用基于HyperMesh和Matlab软件平台的整车CATIA模型简化和EMC网格模型重构技术，初步解决整车EMC精细模型与计算机内存需求和计算时间之间的矛盾，为汽车开发过程中快速高效的获取所需精度的整车EMC模型提供一种行之有效的途径。
本发明提供的技术方案如下：
一种适用于汽车复杂结构的整车电磁兼容模型建立方法，其技术方案为：首先，利用有限元软件HyperMesh对复杂车体各关键部分的CATIA模型进行简化和网格剖分。然后，开发Matlab程序提取剖分后的节点坐标数据。最后，在Matlab中编写形成网格模型的VBS程序，重构成电磁仿真软件可以处理的整车EMC模型。
本发明包括以下四个主要步骤：
第一步骤：整车外形特点分析与拆分；
第二步骤：基于HyperMesh的模型简化；
第三步骤：网格剖分和整车网格数据提取；
第四步骤：基于Matlab的整车EMC模型重构。
具体过程描述如下：
步骤一：整车外形特点分析与拆分
首先将整车CATIA模型按其几何特点拆分为若干关键部件，关键部件包括引擎盖、发动机、侧翼板、车门、车架、车顶棚、后箱盖和底盘；然后对各个关键部件在HyperMesh中进行单独处理。
步骤二：基于HyperMesh的模型简化
将拆分后的整车各关键部件的CATIA模型导入HyperMesh中，对于包含倒角、倒圆、以及由线条围成的小面积这类小几何特征进行清理：
对于倒角较小而且是独立结构，直接删除；倒圆一般连接着几个面，当作小面积特征来处理；对于其它不会影响基本结构的小面积特征，将其某些边删除使之形成设定值以上面积结构。
步骤三：网格剖分和整车网格数据提取
设置网格单元大小σ，满足fmax＝c/10σ，fmax为最高频率，c为自由空间波速，进行网格剖分；剖分完成后，输出各个处理完成的关键部件的网格数据；然后导入所有部件的网格数据文件，合并各部件衔接处的相同节点，获得整车Abaqus格式的网格数据。
步骤四：基于Matlab的整车EMC模型重构
Hypermesh输出的Abaqus格式的网格数据文件包括三个部分：文件头、节点信息、单元信息，模型重构需要的是三角形单元的节点坐标数据，因此需从网格数据文件中提取节点坐标数据，存入文本文件以便Hfss可以读取，方法如下：
(1)利用Matlab语言编程提取单元信息段中每个单元的三个节点编号：按顺序从单元信息段的队列中提取出单元i对应的节点，读取其三个顶点的编号node1，node2，node3；
(2)由编号遍历节点信息段提取节点坐标数据，存为文本文件：在节点信息段中寻找单元i的三个节点的坐标(xil,yil,zi1)，(xi2,yi2,zi2)，(xi3,yi3,zi3)；将单元i对应节点的坐标数据按行输出到文本文件中；
(3)将在Matlab中二次开发获得的整车VBS脚本文件在对应的电磁仿真软件中打开，即可获得适用于电磁兼容仿真的整车模型。
采用本发明方法，可以获得满足精度要求的整车EMC仿真模型，有效解决了整车EMC精细模型与计算机内存需求和计算时间之间的矛盾，为汽车开发过程中快速高效的获取所需精度的整车EMC模型提供了一种行之有效的途径。
附图说明
图1是整车电磁兼容模型建立流程示意图；
图2是整车Abaqus网格模型示意图；
图3是整车电磁兼容仿真模型示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明方法的实现：
参见图1，整车电磁兼容模型建立方法包括以下步骤：
第一步：整车外形特点分析与拆分
汽车复杂的车体几何三维模型主要是面向机械性能分析，包含有大量的局部细节，对于电磁场仿真来说，很多细节没有必要，也不可能完全进行建模，那会带来庞大的网格数量，无法计算。因此，必须对整车实际的复杂结构模型进行适当的简化和模型优化。
由于在汽车的CAD、CAE和CAM等领域CATIA软件具有强大的功能，目前整车的三维结构模型一般是基于CATIA软件环境的。为此，首先将整车CATIA模型按其几何特点拆分为若干关键部件，重点关注引擎盖、发动机、侧翼板、车门、车架、车顶棚、后箱盖和底盘等金属部分，然后，对各个部件在HyperMesh中进行单独处理。
第二步：基于HyperMesh的模型简化
拆分后的整车各关键部件CATIA模型导入HyperMesh中后，包含了很多倒角、倒圆、以及由线条围成的小面积等小几何特征。在HyperMesh进行剖分时这些小特征会产生很多细小的三角网格，不仅会在仿真时增加计算时间与内存需求，还会产生奇异网格，影响计算精度。因此，在保证不改变部件基本形状的基础上，需要对这些小特征进行清理。
倒角较小而且是独立结构，直接删除不会影响到计算结果。倒圆一般连接着几个面，不能直接删除，可当作小面积特征来处理。对于其它不会影响基本结构的小面积特征，将其某些边删除使之形成设定值以上的较大的面积结构。
清理的方式如下：通过在HyperMesh软件中设置目标网格单元大小(Target Element Size)，并选择自动清理(Auto Clean Up)，将小于设定值(target element size)的部分自动删除。自动清理结束后，大部分的小几何特征都将被清理掉，但仍会留下一些会形成小面积单元的线条，因此需要进一步清理。可点击快速编辑面板(Quick Edit)对模型中的线(Line)和点(Point)等进行手动处理，利用toggle edge命令删除剩下的少许线条，使它们成为设定值以上的较大面积结构，提升模型结构精度。
第三步：网格剖分和整车网格数据获取
完成部件的模型简化处理后，进行网格剖分(Mesh),设置合适的网格单元大小(Element Size)和剖分类型。由于受计算机内存和仿真时间的限制,不可能将网格大小σ取得很小，一般满足fmax＝c/10σ即可，fmax为最高频率，c为自由空间波速。剖分完成后，输出此部件的网格数据，并对其它部件进行相同处理和网格剖分。导入所有部件的网格数据文件，合并各部件衔接处的相同节点，从而确保电连续性，以获得整车Abaqus格式的网格数据，如图2所示。
第四步骤：基于Matlab的整车网格模型重构
目前大多的电磁仿真软件都不能直接处理Abaqus格式的网格数据，所以通过开发Matlab程序提取HyperMesh中输出的Abaqus格式的整车网格数据，重构为适用于电磁仿真的整车EMC模型。
Hypermesh输出的整车网格数据包括三个部分：文件头、节点信息、单元信息。首先，利用Matlab语言编程提取单元信息段中每个单元的三个节点编号，然后，再由编号遍历节点信息段提取节点坐标数据，存为文本文件。最后，将在Matlab中二次开发获得的整车VBS脚本文件在对应的电磁仿真软件中打开，即可获得适用于电磁兼容仿真的整车模型，如图3所示。
具体过程如下：
(1)利用Matlab语言编程提取单元信息段中每个单元的三个节点编号：按顺序从单元信息段的队列中提取出单元i对应的节点，读取其三个顶点的编号node1，node2，node3；
(2)由编号遍历节点信息段提取节点坐标数据，存为文本文件：在节点信息段中寻找单元i的三个节点的坐标(xil,yil,zi1)，(xi2,yi2,zi2)，(xi3,yi3,zi3)；将单元i对应节点的坐标数据按行输出到文本文件中；
(3)将在Matlab中二次开发获得的整车VBS脚本文件在对应的电磁仿真软件中打开，即可获得适用于电磁兼容仿真的整车模型。MATLAB编程实现的程序如附录1：
①先执行第一部分程序，提取出所有的节点信息，再运行第二部分程序提取各个部件单元的节点坐标数据；
②MATLAB输出的节点数据按行存入.txt文件，一行为一个三角形单元三个节点的x，y，z坐标数据，且数据之间用逗号隔开(不能出现其他符号)，否则，在hfss运行脚本文件建模时将无法读取节点数据而报错；
③程序中涉及到的文件，如在MATLAB的工作目录下无须写路径，否则须写文件路径。

Claims (2)

1.一种适用于汽车复杂结构的整车电磁兼容模型建立方法，包括以下步骤：
步骤一：整车外形特点分析与拆分
首先将整车CATIA模型按其几何特点拆分为若干关键部件，关键部件包括引擎盖、发动机、侧翼板、车门、车架、车顶棚、后箱盖和底盘；然后对各个关键部件在HyperMesh中进行单独处理；
步骤二：基于HyperMesh的模型简化
将拆分后的整车各关键部件的CATIA模型导入HyperMesh中，对于包含倒角、倒圆、以及由线条围成的小面积这类小几何特征进行清理：
对于倒角较小而且是独立结构，直接删除；倒圆一般连接着几个面，当作小面积特征来处理；对于其它不会影响基本结构的小面积特征，将其某些边删除使之形成设定值以上面积结构；
步骤三：网格剖分和整车网格数据提取
设置网格单元大小σ，满足fmax＝c/10σ，fmax为最高频率，c为自由空间波速，进行网格剖分；剖分完成后，输出各个处理完成的关键部件的网格数据；然后导入所有部件的网格数据文件，合并各部件衔接处的相同节点，获得整车Abaqus格式的网格数据；
步骤四：基于Matlab的整车EMC模型重构
Hypermesh输出的Abaqus格式的网格数据文件包括三个部分：文件头、节点信息、单元信息，模型重构需要的是三角形单元的节点坐标数据，因此需从网格数据文件中提取节点坐标数据，存入文本文件以便Hfss可以读取，方法如下：
(1)利用Matlab语言编程提取单元信息段中每个单元的三个节点编号：按顺序从单元信息段的队列中提取出单元i对应的节点，读取其三个顶点的编号node1，node2，node3；
(2)由编号遍历节点信息段提取节点坐标数据，存为文本文件：在节点信息段中寻找单元i的三个节点的坐标(xil,yil,zi1)，(xi2,yi2,zi2)，(xi3,yi3,zi3)；将单元i对应节点的坐标数据按行输出到文本文件中；
(3)将在Matlab中二次开发获得的整车VBS脚本文件在对应的电磁仿真软件中打开，即可获得适用于电磁兼容仿真的整车模型。
2.根据权利要求1所述的适用于汽车复杂结构的整车电磁兼容模型建立方法，其特征在于，所述小几何特征的清除是通过设置目标网格单元大小，并采用自动清理方式，将小于设定值的部分自动删除。根据权利要求1所述的适用于汽车复杂结构的整车电磁兼容模型建立方法，其特征在于，对于留下的小于设定值的单元，采用点击快速编辑面板(Quick Edit)对模型中的线和点，进行手动处理，使它们成为设定值以上的面积结构。
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