CN112364503B - 一种汽车保险杠电磁特性仿真分析评价方法 - Google Patents

一种汽车保险杠电磁特性仿真分析评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及雷达电磁仿真技术领域，具体地指一种汽车保险杠电磁特性仿真分析评价方法。对设计保险杠进行结构分析，获得对应毫米波雷达的电磁窗口的结构参数及材质参数，在电磁仿真软件中输入材质参数，设置仿真边界条件和激励条件仿真模拟电磁波照射电磁窗口，提取仿真数据，根据仿真数据对设计保险杠进行评价。本发明通过在仿真软件中对设计保险杠进行电磁波模拟实验，无需进行实物实验操作即可精准评价保险杠是否符合要求，极大程度方便了保险杠设计评价，且成本低廉，具有极大的推广价值。

Description

一种汽车保险杠电磁特性仿真分析评价方法
技术领域
本发明涉及雷达电磁仿真技术领域，具体地指一种汽车保险杠电磁特性仿真分析评价方法。
背景技术
随着自动驾驶技术的飞速发展，实现自动驾驶的毫米波雷达、摄像头和激光雷达传感器等高级驾驶辅助系统也在快速发展。目前毫米波雷达传感器因为其成本适中、环境适应性强以及远距离探测能力较好而成为主流传感器之一。毫米波雷达传感器的普遍安装方式是安装在吸收缓和外界冲击力，防护车身前后部的汽车保险杠后方，这样安装的优点是不会因为引入雷达传感器而改变车辆的外形设计。
然而，根据实测结果表明，在毫米波雷达工作的77GHz频段附近，电磁波垂直入射某些保险杠时的反射能量最大能达到35％，此时保险杠对77GHz车载毫米波雷达所发出的电磁波产生了明显的透射衰减和反射，最大导致探测距离缩小20％。更严重的问题是，电磁波的过强反射导致了雷达产生虚假目标，甚至系统饱和雷达无法探测的后果。
目前在汽车设计过程中，为了选择合适的保险杠配合毫米波雷达使用，通常需要先行制造出保险杠实物，然后将毫米波雷达装配到保险杠上，进行实物测试，如果实验结果不达标，则需要对保险杠进行改进。通常情况下，需要反复大量的试验才能获得符合设计要求的保险杆结构，虽然这种试验评价的方式比较简单，但由于存在耗费成本高、试验繁琐、很难得出准确的保险杠结构等缺陷，不适合进行大范围的推广使用。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种汽车保险杠电磁特性仿真分析评价方法。
本发明的技术方案为：一种汽车保险杠电磁特性仿真分析评价方法，其特征在于：对设计保险杠进行结构分析，获得对应毫米波雷达的电磁窗口的结构参数及材质参数，在电磁仿真软件中输入材质参数，设置仿真边界条件和激励条件仿真模拟电磁波照射电磁窗口，提取仿真数据，根据仿真数据对设计保险杠进行评价。
进一步的获得对应毫米波雷达的电磁窗口的结构参数的方法包括：获取保险杠对应电磁窗口的部分的基材以及喷涂在基材上的涂料的层数以及相互位置关系。
进一步的获得对应毫米波雷达的电磁窗口的材质参数的方法包括：获取保险杠对应电磁窗口的部分的基材以及喷涂在基材上的涂料的相对介电常数、损耗角正切以及每层材质的厚度。
进一步的设置仿真边界条件的方法包括：采用频域求解器或时域求解器设置一维周期性边界条件、二维周期性边界条件或三维周期性边界条件。
进一步的设置激励条件的方法包括：设置电磁波的传播方向使其垂直电磁窗口，设置电磁波的磁场方向垂直电磁波的传播方向，设置电磁波的电场方向垂直电磁波的传播方向，设置电磁波的磁场方向垂直电磁波的电场方向。
进一步的提取仿真数据的方法包括：提取电磁波被电磁窗口反射的反射系数。
进一步的根据仿真数据对设计保险杠进行评价的方法包括：将提取的仿真数据中的反射系数与设定值进行对比，超过设定值证明电磁窗口电磁波反射过大需要做进一步调整，小于设定值证明电磁窗口电磁波反射小符合设计要求。
进一步的对设计保险杠进行结构分析，获得对应毫米波雷达的电磁窗口的结构参数及材质参数，在电磁仿真软件中输入材质参数，设置仿真边界条件和激励条件仿真模拟电磁波照射电磁窗口，提取仿真数据，根据仿真数据获取最适合毫米波雷达的电磁窗口构造。
进一步的将设计保险杠的电磁窗口进行变厚度扫参分析，获得电磁窗口的厚度与对应电磁波传输情况的关系曲线，根据关系曲线获得最适合毫米波雷达的电磁窗口厚度值，即可得到最适合毫米波雷达的电磁窗口构造。
进一步的将设计保险杠的电磁窗口进行变厚度扫参分析，获得电磁窗口的厚度与对应电磁波反射系数的关系曲线，根据关系曲线获得具有最小反射系数的电磁窗口厚度值。
本发明通过在仿真软件中对设计保险杠进行电磁波模拟实验，无需进行实物实验操作即可精准评价保险杠是否符合要求，极大程度方便了保险杠设计评价，且成本低廉，具有极大的推广价值。
本发明通过对保险杠上对应电磁窗口的位置进行电磁仿真实验，可以准确获得设计保险杠的电磁窗口的透射情况和反射情况，根据反射情况即可准确获得该设计保险杠的电磁窗口设计是否符合要求，过程简单方便。
本发明还可以对设计保险杠的电磁窗口部分进行变厚度扫参分析，获取厚度与对应电磁波反射系数的关系曲线，根据关系曲线即可获得具有最小反射系数的电磁窗口厚度，得到最适应毫米波雷达的电磁窗口构造，方便了对保险杠的设计开发，极大程度提高了保险杠设计制造的效率，对保险杠设计具有极大的指导意义。
附图说明
图1：本实施例的电磁窗口断面示意图；
图2：本实施例的仿真激励条件示意图；
图3：本实施例的入射波频率与透射系数关系曲线图；
图4：本实施例的入射波频率与反射系数关系曲线图；
图5：本实施例的电磁窗口厚度与透射系数、反射系数关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1～5所示，按照以下步骤进行：
步骤1：对仿真对象进行外观分析，本实施例即对保险杠进行分析，对前向毫米波雷达正前方的保险杠局部结构进行提取分析，即对应毫米波雷达的电磁窗口，毫米波雷达发射的电磁波照射到电磁窗口，一部分穿过电磁窗口、一部分被电磁窗口反射、一部分被电磁窗口吸收；
如图1所示，为本实施例的保险杠的电磁窗口部分的断面示意图，包括距离毫米波雷达由近到远依次为基材、底漆、清漆和色漆，实际使用时，毫米波雷达向电磁窗口发射入射波，入射波一部分透过电磁窗口成为透射波，一部分被电磁窗口反射成为反射波。
对仿真对象进行材料参数设置，对构成电磁窗口的每层材质的参数进行设置，包括相对介电常数、损耗角正切、厚度，本实施例选取的电磁窗口为一块板状结构，即每层材质的长、宽相同，但厚度不同，具体输入情况见表1。
表1：仿真输入参数
Figure BDA0002769810250000041
步骤2：仿真边界条件设置，采用频域求解器或时域求解器设置一维周期性边界条件(为一条线)、二维周期性边界条件(为一个面)或三维周期性边界条件(为一个长方体)，由于本实施例的电磁窗口实际上是一块板状结构，可以简化为一块面结构，因此本实施例采用二维周期性边界。
步骤3：仿真激励条件设置，设置电磁波的场强和入射方向，因为正对电磁窗口的入射波照射最能反映电磁窗口的电磁特性，因此本实施例的电磁波的传播方向垂直电磁窗口，设置电磁波的磁场H方向垂直电磁波的传播方向，设置电磁波的电场E方向垂直电磁波的传播方向，设置电磁波的磁场H向垂直电磁波的电场E方向，具体设置如图2所示。
步骤4：提取仿真数据，均匀平面电磁波垂直穿过汽车保险杠基材、底漆、色漆、清漆之后，可以提取电磁波经过多层介质之后的透射系数(透射波能量与入射波能量的比值)，也可提取在保险杠基材表面反射电磁波的反射系数(反射波能量与入射波能量的比值)，改变入射波的频率，即可得到透射系数与入射波频率的关系曲线，如图3所示，以及透射系数与入射波频率的关系曲线，如图4所示。透射系数太小会影响雷达的射程，反射系数太大会导致天线自动耦合，因此选择合适保险杠电磁窗口的要求应该是透射系数足够大、反射系数足够小。
步骤5：对仿真结果进行分析评价保险杠，将步骤4中获得的保险杠的电磁窗口对应的最小反射系数与设定值进行比对，本实施例的设定值为通过标定获得的限值，若最小反射系数小于设定值，证明保险杠的电磁窗口符合设计要求，反之，证明保险杠的电磁窗口不符合设计要求，需要对其进行改进。
同时，也可通过对汽车保险杠电磁窗口进行变厚度的扫参分析，从而提取对数化显示的透射系数、反射系数在保险杠基材厚度变化时两个系数的变化情况，如图5保险杠基材厚度变化对传输/反射系数影响。证明并不是厚度越小反射系数越小，本实施例的保险杠的电磁窗口的厚度在接近3.2的位置达到最佳状况，即此时的反射系数最小。实际应用时，可以选取这一厚度点作为电磁窗口的厚度，对于保险杠的设计具有良好的指导意义。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种汽车保险杠电磁特性仿真分析评价方法，其特征在于：对设计保险杠进行结构分析，获得对应毫米波雷达的电磁窗口的结构参数及材质参数，在电磁仿真软件中输入材质参数，设置仿真边界条件和激励条件仿真模拟电磁波照射电磁窗口，提取仿真数据，根据仿真数据对设计保险杠进行评价；
对设计保险杠进行结构分析，获得对应毫米波雷达的电磁窗口的结构参数及材质参数，在电磁仿真软件中输入材质参数，设置仿真边界条件和激励条件仿真模拟电磁波照射电磁窗口，提取仿真数据，根据仿真数据获取最适合毫米波雷达的电磁窗口构造；
将设计保险杠的电磁窗口进行变厚度扫参分析，获得电磁窗口的厚度与对应电磁波传输情况的关系曲线，根据关系曲线获得最适合毫米波雷达的电磁窗口厚度值，即可得到最适合毫米波雷达的电磁窗口构造；
将设计保险杠的电磁窗口进行变厚度扫参分析，获得电磁窗口的厚度与对应电磁波反射系数的关系曲线，根据关系曲线获得具有最小反射系数的电磁窗口厚度值。
2.如权利要求1所述的一种汽车保险杠电磁特性仿真分析评价方法，其特征在于：获得对应毫米波雷达的电磁窗口的结构参数的方法包括：获取保险杠对应电磁窗口的部分的基材以及喷涂在基材上的涂料的层数以及相互位置关系。
3.如权利要求1或2所述的一种汽车保险杠电磁特性仿真分析评价方法，其特征在于：获得对应毫米波雷达的电磁窗口的材质参数的方法包括：获取保险杠对应电磁窗口的部分的基材以及喷涂在基材上的涂料的相对介电常数、损耗角正切以及每层材质的厚度。
4.如权利要求1所述的一种汽车保险杠电磁特性仿真分析评价方法，其特征在于：设置仿真边界条件的方法包括：采用频域求解器或时域求解器设置一维周期性边界条件、二维周期性边界条件或三维周期性边界条件。
5.如权利要求1所述的一种汽车保险杠电磁特性仿真分析评价方法，其特征在于：设置激励条件的方法包括：设置电磁波的传播方向使其垂直电磁窗口，设置电磁波的磁场方向垂直电磁波的传播方向，设置电磁波的电场方向垂直电磁波的传播方向，设置电磁波的磁场方向垂直电磁波的电场方向。
6.如权利要求1所述的一种汽车保险杠电磁特性仿真分析评价方法，其特征在于：提取仿真数据的方法包括：提取电磁波被电磁窗口反射的反射系数。
7.如权利要求1或6所述的一种汽车保险杠电磁特性仿真分析评价方法，其特征在于：根据仿真数据对设计保险杠进行评价的方法包括：将提取的仿真数据中的反射系数与设定值进行对比，超过设定值证明电磁窗口电磁波反射过大需要做进一步调整，小于设定值证明电磁窗口电磁波反射小符合设计要求。
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