CN113361228A - 汽车车机散热系统的仿真方法、计算机设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低成本且可靠有效的车机系统散热能力判断方法，即不用直接采用实物测量，而是通过建模、网格化、计算网格温度场分布的方法，快速有效得出芯片内部结温，从而判定发热芯片是否能满足工作要求。本发明在产品设计前期省去了繁杂的实物验证过程，大大缩短了开发周期，节省了后期开模后的修改成本，且可为以后的散热系统开发快速积累设计经验。
Description
技术领域
本发明属于车机散热领域，具体涉及一种汽车车机散热系统的仿真方法、计算机设备及存储介质。
背景技术
目前的汽车行业，对信息娱乐系统车机的功能要求越来越高，进而带来了对芯片高运算能力的需求，由此车机芯片的热功耗也越来越高，对车机的散热设计也提出了更高的要求。
目前汽车车机设计过程中，对散热能力的验证通常是在模具样机生产出来后，再进行试验验证发热芯片是否满足极限高温下的工作场景。通常只能依靠设计者经验判断前期设计是否满足要求，或后期再进行大量的模具变更来重新调整设计，并且设计的车机芯片的散热能力在开模前无法做到充分的评估，后面在散热出现问题时又会导致成本的增加甚至整个产品的设计失败。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种汽车车机散热系统的仿真方法、计算机设备及存储介质，通过仿真快速有效地得出车机芯片地内部结温。
本发明提供的技术方案如下：
一种汽车车机散热系统的仿真方法，包括以下步骤：
获取待仿真的车机产品；
获取车机的PCB芯片分布，从中分离出发热芯片；
根据发热芯片的输入输出参数计算发热芯片的热功耗数据；
根据芯片封装类型建立芯片模型，并将计算的热功耗数据赋予给发热芯片；
建立PCB、外壳及散热装置模型，并赋予材料参数、热导系数、pcb辅铜率；
将芯片模型、PCB、外壳及散热装置模型整合起来，同时建立仿真环境，定义环境温度、湿度、环境热传导介质；
对整合的散热模型及仿真环境网格化，形成微小的立方体模型；
计算每个微小网格的参数，所述参数包括温度、速度矢量、热导率；
根据热的传递方式和计算出的每个微小网格的离散参数，再将所有离散模型拼结，得出整个仿真环境下的包含温度、流体速度矢量的连续分布情况；
由得到的整个仿真空间连接的温度分布，探测出关注芯片的结晶仿真温度值。
优选地，探测出关注芯片的结晶仿真温度值后，对比所有芯片最高耐受结温规格，从而判断车机发热芯片是否满足工作要求，进而判断主机的散热系统是否满足整机的工作要求。
优选地，若不满足工作要求，则对散热模型进行调整，增加散热能力，然后重新仿真，直至满足要求。
优选地，散热模型的调整方法包括：改变外壳、散热装置的材质、调整芯片与散热装置的空间分布以使高发热芯片靠近高速度流体区域、在PCB板上增加铺铜以增加PCB散热面积、增加风扇以增加流体速度。
优选地，利用Simcenter Flotherm Package Creator软件建立芯片模型。
优选地，利用CAD软件建立完整的零件模型后，导入到热仿真软件中生成PCB基板；再根据PCB layout布线图导出PCB走线、铺铜文件，导入到生成的PCB基板中，合成PCB模型。
优选地，外壳及散热装置直接在CAD软件中建立好尺寸模型，然后导入到热仿真软件中赋予材料信息。
优选地，网格尺寸为0.1x0.1x0.1mm^3，热的传递方式包括热传导、热对流、热辐射。
一种计算机设备，计算机设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一段程序，至少一段程序由处理器加载并执行以实现如上述的汽车车机散热系统的仿真方法。
一种存储介质，存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如上述的汽车车机散热系统的仿真方法。
本发明的有益效果为：
本发明提供一种低成本且可靠有效的车机系统散热能力判断方法，即不用直接采用实物测量，而是通过建模、网格化、计算网格温度场分布的方法，快速有效得出芯片内部结温，从而判定发热芯片是否能满足工作要求。本发明在产品设计前期省去了繁杂的实物验证过程，大大缩短了开发周期，节省了后期开模后的修改成本，且可为以后的散热系统开发快速积累设计经验。
附图说明
图1是本发明的汽车车机散热系统的仿真方法流程图。
具体实施方式
本发明提供一种汽车娱乐车机涉及到芯片发热产品的散热模拟方法，为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施案例，对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明实施例的汽车车机散热系统的仿真方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、获取待仿真的车机产品，分析其布置的环境数据；环境数据可为仿真环境提供依据。
S2、获取车机的PCB芯片分布，分离发热芯片。
S3、根据芯片的输入输出电流、电压及功率等参数计算发热芯片热功耗数据。
S4、根据芯片封装类型建立芯片模型，将第步骤S3计算的热功耗数据赋予给各芯片以便在后续步骤中计算芯片的发热量。
芯片的建模方法有多种，本发明提供一种可靠且精确的建模方法：使用软件《Simcenter Flotherm Package Creator》建立芯片模型，根据芯片类型，封装，尺寸，引脚等信息建立芯片模型，同时赋予建模芯片发热功率。Simcenter Flotherm PackageCreator是flotherm XT2020的一个分支。
S5、建立PCB、外壳及散热装置模型并赋予材料(通常为高导热性的铝材、铜材等)、热导系数、pcb辅铜率等参数。
PCB建模需要在CAD软件(catia、creo、solidworks等)中完成，需要建立好完整的零件模型后，导入到(flotherm、floed、ansys)等热仿真软件，生成PCB基板；再根据PCBlayout布线图导出PCB走线、铺铜文件，导入到生成的PCB基板中，合成PCB模型，此模型包含了PCB尺寸，铺铜区域，导线走向等影响热传导的参数信息。
外壳及散热装置(如风扇、液冷管道)直接在CAD软件(catia、creo、solidworks等)中建立好尺寸模型，导入到(flotherm、floed、ansys)等热仿真软件中赋予材料信息。
S6、将步骤S4和S5建立的所有模型整合起来，同时建立仿真环境，定义环境温度，湿度，环境热传导介质(空气或其它流体)。
S7、对步骤S6中整合的所有模型及仿真环境网格化，形成微小的立方体模型。
在热仿真软件中，对建立的仿真环境切割划分，形成数万个小立方体(对车机切分尺寸为0.1x0.1x0.1mm^3较为合适)，通过网格化后的离散模型，分别计算网格内的发热源、温度值、湿度值、速度场等信息。
S8、计算每个微小网格的包含温度、速度矢量、热导率等参数。
S9、根据热的传递方式(热传导、热对流、热辐射)和步骤S8中计算出的每个微小网格的包含温度、速度矢量、热导率等的离散参数，可得出整个仿真环境下的包含温度、流体速度矢量的连续分布情况。
由离散的网格模型中的各种温度场、湿度场，速度场等信息，再将所有离散模型拼结，而得到整个仿真模型的温度分布情况。
S10、由步骤S9中得到的整个仿真空间连接的温度分布，即可探测出关注芯片的结晶仿真温度值。
S11、对比所有芯片最高耐受结温规格，即可判断车机发热芯片是否满足工作要求，从而判断主机的散热系统是否满足整机的工作要求。
S12、如步骤S11中判断不能满足，便可对散热装置模型进行调整，增加散热能力。如改变外壳、散热装置模型的材质、调整芯片与散热装置的空间分布以使高发热芯片靠近高速度流体区域、在PCB板上增加铺铜以增加PCB散热面积、增加风扇以增加流体速度等措施，然后回到步骤S7中重新计算，直到达到设计预期。
本发明的汽车车机散热系统的仿真方法成本低，且经实物验证后准确有效。
另一方面，提供了一种计算机设备，计算机设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一段程序，至少一段程序由所述处理器加载并执行以实现如上述本申请实施例中任一所述的汽车车机散热系统的仿真方法。
另一方面，提供了一种存储介质，存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如上述本申请实施例中任一所述的汽车车机散热系统的仿真方法。
本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种汽车车机散热系统的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取待仿真的车机产品；
获取车机的PCB芯片分布，从中分离出发热芯片；
根据发热芯片的输入输出参数计算发热芯片的热功耗数据；
根据芯片封装类型建立芯片模型，并将计算的热功耗数据赋予给发热芯片；
建立PCB、外壳及散热装置模型，并赋予材料参数、热导系数、pcb辅铜率；
将芯片模型、PCB、外壳及散热装置模型整合起来，同时建立仿真环境，定义环境温度、湿度、环境热传导介质；
对整合的散热模型及仿真环境网格化，形成微小的立方体模型；
计算每个微小网格的参数，所述参数包括温度、速度矢量、热导率；
根据热的传递方式和计算出的每个微小网格的离散参数，再将所有离散模型拼结，得出整个仿真环境下的包含温度、流体速度矢量的连续分布情况；
由得到的整个仿真空间连接的温度分布，探测出关注芯片的结晶仿真温度值。
2.根据权利要求1所述的汽车车机散热系统的仿真方法，其特征在于，探测出关注芯片的结晶仿真温度值后，对比所有芯片最高耐受结温规格，从而判断车机发热芯片是否满足工作要求，进而判断主机的散热系统是否满足整机的工作要求。
3.根据权利要求2所述的汽车车机散热系统的仿真方法，其特征在于，若不满足工作要求，则对散热模型进行调整，增加散热能力，然后重新仿真，直至满足要求。
4.根据权利要求3所述的汽车车机散热系统的仿真方法，其特征在于，散热模型的调整方法包括：改变外壳、散热装置的材质、调整芯片与散热装置的空间分布以使高发热芯片靠近高速度流体区域、在PCB板上增加铺铜以增加PCB散热面积、增加风扇以增加流体速度。
5.根据权利要求1所述的汽车车机散热系统的仿真方法，其特征在于，利用SimcenterFlotherm Package Creator软件建立芯片模型。
6.根据权利要求1所述的汽车车机散热系统的仿真方法，其特征在于，利用CAD软件建立完整的零件模型后，导入到热仿真软件中生成PCB基板；再根据PCB layout布线图导出PCB走线、铺铜文件，导入到生成的PCB基板中，合成PCB模型。
7.根据权利要求1所述的汽车车机散热系统的仿真方法，其特征在于，外壳及散热装置直接在CAD软件中建立好尺寸模型，然后导入到热仿真软件中赋予材料信息。
8.根据权利要求1所述的汽车车机散热系统的仿真方法，其特征在于，网格尺寸为0.1x0.1x0.1mm^3，热的传递方式包括热传导、热对流、热辐射。
9.一种计算机设备，计算机设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一段程序，至少一段程序由处理器加载并执行以实现如权利要求1至8中任意一项所述的汽车车机散热系统的仿真方法。
10.一种存储介质，存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如权利要求1至8中任意一项所述的汽车车机散热系统的仿真方法。
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