JP7403335B2 - コンピュータシミュレーション方法 - Google Patents
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Description
図1は、車両に張り巡らされたワイヤーハーネス網の模式図(=車両のスケルトン図)である。近年の車両Xには、多数の電装品(各種ランプ、各種ポンプ、各種ファン、電子サスペンション、ワイパー、ドアロック、パワーウィンドウ、電動ドアミラーなど)が搭載されており、これらの電装品とバッテリX1及びECU[electronic control unit]X2との間には、電力や信号を伝達するためのワイヤーハーネスX3が縦横無尽に張り巡らされている。このように、多数の電装品を搭載する車両Xには、その安全性や信頼性を高めるべく、様々なイミュニティ試験やエミッション試験が課せられている。
図2は、電装品BCI試験の一構成例を示すブロック図である。電装品BCI試験は、国際標準化機構(ISO[international organization for standardization])で標準化された「車載電子機器向けの狭帯域電磁放射エネルギーによる電気的妨害を評価するためのコンポーネント試験方法(ISO11452-4)」に準拠するイミュニティ試験の一つである。
図3は、車両BCI試験の一例を示すブロック図である。車両BCI試験は、先述のDUT10やワイヤーハーネス70などが車両Xに搭載されている状態で実施されるBCI試験であり、ISO11451-4に準拠する。
図4は、電装品エミッション試験の一例を示すブロック図である。本図の電装品エミッション試験は、電装品のエミッション特性を評価するための実測ベンチマークであり、国際無線障害特別委員会(CISPR)が作成した規格CISPR25「車載受信機保護のための妨害波の限度値及び測定法」に準拠する。なお、電装品エミッション試験は、放射性エミッション測定と伝導性エミッション測定の2つに分かれる。放射性エミッション測定では、ワイヤーハーネス70から放射されるノイズの強度をアンテナ90で測定する。一方、伝導性エミッション測定では、電源フィルタ60の端子91(イミュニティ試験では未使用)を用いて、ワイヤーハーネス70を伝わるノイズの強度を測定する。このように、電装品エミッション試験は、ノイズの強度を測定するという点において、先の電装品BCI試験(図2)や車両BCI試験(図3)とは、その構成や目的が異なる。ただし、電装品エミッション試験においても、ワイヤーハーネス70の全長に制約があり、その点においては電装品BCI試験(図2)と何ら変わりがない。
図5は、シミュレーションモデルの一例を示すブロック図である。本構成例のシミュレーションモデルAは、実測ベンチマーク(図2の電装品BCI試験)全体をモデル化したものであり、バッテリ/LISNモデルA1と、DUTモデルA2と、BCIインジェクションプローブモデルA3と、ワイヤーハーネスモデルA4と、を組み合わせて成る。
図6は、誤動作電圧周波数特性(実線)と到達電圧周波数特性(破線)との比較例を示す図である。
次に、電装品BCI試験(図2)や電装品エミッション試験(図4)において使用されるワイヤーハーネスのシミュレーションモデルについて、その見直しを提案する。特に、今回の提案は、ワイヤーハーネスにおけるコモンモードインピーダンスのモデル化に関する。より具体的に述べると、以下では、複数本のワイヤーを束ねてワイヤーハーネスを形成するときのワイヤー敷設方法を定型化すると共に、実際のワイヤーハーネス構造に対応して高速処理を行うことが可能な伝送線路モデルを提案する。
図9A~図9Cは、いずれもワイヤーハーネスを模式的に示す断面図であり、各図中のハッチングを付されたワイヤーが単線モデル(図9A)、端部線モデル(図9B)、並びに、中間線モデル(図9C)としてそれぞれモデル化される。また、各図の底辺は、いずれもグラウンドプレーンに相当する。
以上の測定結果を踏まえて、ワイヤーの伝送線路モデル(例えばSPICEモデル)を提案する。図12は、伝送線路モデルのパラメータ値を示すテーブルであり、ワイヤー種別(CPAVS0.75f/IV8mm2LFV)、モデル分類(単線モデル/端部線モデル/中間線モデル)、特性インピーダンス、及び、単位遅延時間が示されている。
先の電装品BCI試験(図2)では、その現実的な実施を担保すべく、多種多様なワイヤーハーネス構造(車両の数だけ種類がある)の中から1構造が固定されており、かつ、ノイズ注入点が3つの離散点に限定されていた。
W2 INJ1 GPLANE SIG2 GPLANE Z0=300 TD=6
W4 INJ1 GPLANE INJ2 GPLANE Z0=300 TD=4
W5 INJ2 GPLANE SIG2 GPLANE Z0=300 TD=4
W2 INJ1 GPLANE SIG2 GPLANE Z0=300 TD=6
W2 INJ1 GPLANE SIG2 GPLANE Z0=300 TD=8
w2 ND1 GPLANE ND2 GPLANE Z0=2600 TD=6.13xL
w3 ND1 GPLANE ND2 GPLANE Z0=2400 TD=6.09xL
w4 ND1 GPLANE ND2 GPLANE Z0=2400 TD=6.09xL
w5 ND1 GPLANE ND2 GPLANE Z0= 364 TD=6.09xL
w2 ND1 GPLANE ND2 GPLANE Z0=2600 TD=6.13xL
w3 ND1 GPLANE ND2 GPLANE Z0=2600 TD=6.13xL
w4 ND1 GPLANE ND2 GPLANE Z0=2400 TD=6.09xL
w5 ND1 GPLANE ND2 GPLANE Z0=2400 TD=6.09xL
w6 ND1 GPLANE ND2 GPLANE Z0= 520 TD=6.13xL
図19は、ステップS24における各種パラメータ(特性インピーダンス、ワイヤー全長、ノイズ注入位置、及び、ワイヤー本数)の掃引範囲を示す模式図である。
背景技術の項でも述べた通り、実際の車両が外部からEMC妨害を受けた場合(例えば車両が落雷に晒された場合)には、車両に張り巡らされているワイヤーハーネス網(図1を参照)全体が同時に妨害を受ける。このとき、ワイヤーハーネス毎に異なる強さの妨害が発生したり、若しくは、直列に繋がったワイヤーハーネス群に妨害が発生したりする。そのため、実際のEMC妨害を再現するためには、影響を受ける複数のワイヤーハーネスに対して同時に妨害を加える必要がある。
図24は、良導体面の近傍に敷設されたワイヤーをモデル化するための模式図である。本図の構造体200(車両など)は、被試験デバイス210及び220(例えばドライバ及びレシーバ)と、ワイヤー230と、良導体面240(ボディなど)と、を有する。
図25は、ワイヤーハーネスの分岐構造をモデル化するための模式図である。本図のワイヤーハーネス300(=複数本のワイヤーを1本に束ねたもの)は、主幹部301と、支線部302及び303と、分岐部304と、を有する。より具体的に述べると、ワイヤーハーネス300は、その分岐部304において、主幹部301の一部が支線部302として分岐しており、主幹部301の他の一部が支線部303として分岐している。
図26は、構造体(例えば車両)の内部に敷設されたワイヤーへのノイズ注入位置を示す模式図である。本図の構造体400は、その内部に被試験デバイス410及び420とワイヤー430を有する。
図27は、構造体各部における電磁波感受性の違いを説明するための模式図である。例えば、本図に即して、構造体500が車両である場合を考える。この場合、構造体500の部位P1~P4では、それぞれ、電磁波に対する感受性が異なる。
図28は、構造体の周囲に設けられた複数の電磁波源を示す模式図である。構造体に敷設された伝送線路モデルのノイズ注入位置を決定するときには、構造体に対する電磁波入射方向を考慮する必要がある。
図30は、全方位シミュレーションの一例を示すフローチャートである。本フローが開始すると、ステップS31では、伝送線路を備えた構造体(例えば車両)の周囲に設けられた複数の電磁波源から少なくとも一つが選択される(図28を参照)。すなわち、ステップS31では、構造体に対する電磁波入射方向が択一される。
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
11 LSI
20 ノイズ源部
21 シグナルジェネレータ
22 RFアンプ
23 双方向性結合器
24 進行波側パワーセンサ
25 反射波側パワーセンサ
26 パワーメータ
28 50Ω伝送線路
30 検知部(オシレータなど)
40 コントローラ(パソコンなど)
50 バッテリ
60 電源フィルタ
61、62 電源インピーダンス安定回路網(LISN)
70 ワイヤーハーネス
80 インジェクションプローブ
90 アンテナ
91 端子
100 測定対象回路ユニット
200 構造体
210、220 被試験デバイス
230 ワイヤー
231、232 特性変化ノード
240 良導体面
300 ワイヤーハーネス
301 主幹部
302、303 支線部
304 分岐部(分岐ノード)
400 構造体
410、420 被試験デバイス
430 ワイヤー
440 ボディ(電磁波遮蔽部材)
441 開口部
500 構造体(車両)
510 バンパー
511 メッシュシールド
520 ボディ(電磁波遮蔽部材)
530 窓
540 トランクルーム
541 電磁波遮蔽部材
542 隙間部
600 シミュレーションモデル
610 構造体(車両)
611、612 被試験デバイス
613 ワイヤー
614 ボディ(電磁波遮蔽部材)
614a 開口部
620 電磁波源
A シミュレーションモデル
A1 バッテリ/LISNモデル
A2 DUTモデル
A3 BCIインジェクションプローブモデル
A4 ワイヤーハーネスモデル(伝送線路モデル)
B 磁界
c1 内部導体
c2 外部導体
DUT1、DUT2、DUT3 被試験デバイス
INJ1、INJ2、INJ10、INJ20、INJ31、INJ32、INJ41、INJ42 ノイズ注入点
SIG1、SIG2 信号ノード
w1~w6、W、W10、W20、W30、W40 ワイヤー
W1~W5、W11、W12、W21、W22、W31~W33、W41~W43 分割ワイヤー
wh、wh11~wh15、wh21~wh24 ワイヤーハーネス
X 車両
X1 バッテリ
X2 ECU
X3 ワイヤーハーネス
Claims (9)
- 被試験デバイスに接続される伝送線路をモデル化した伝送線路モデルを用いて前記被試験デバイスのイミュニティ特性を評価するコンピュータシミュレーション方法であって、
前記伝送線路モデルは、
前記被試験デバイスとして、第1の被試験デバイスと第2の被試験デバイスを含み、
前記伝送線路として、前記第1の被試験デバイスと前記第2の被試験デバイスとの間を接続する第1の伝送線路を含み、
前記第1の伝送線路において、前記第1の伝送線路の伝送特性を表すパラメータが途中で変化する特性変化ノードを含み、前記特性変化ノードを境にした前記第1の伝送線路の一方と前記第1の伝送線路の他方で、前記第1の伝送線路の伝送特性を表すパラメータが少なくとも一部異なる、コンピュータシミュレーション方法。 - 前記特性変化ノードは、1本の前記第1の伝送線路上に設定されている、請求項1に記載のコンピュータシミュレーション方法。
- 前記伝送特性を表すパラメータは、前記第1の伝送線路とグラウンドプレーンとの相対位置に応じて設定されている、請求項1又は2に記載のコンピュータシミュレーション方法。
- 前記伝送特性を表すパラメータは、特性インピーダンス及び遅延時間を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載のコンピュータシミュレーション方法。
- 前記伝送線路モデルは、前記伝送線路として、前記第1の被試験デバイスと前記第2の被試験デバイスとの間を前記第1の伝送線路とは異なる経路で接続する第2の伝送線路をさらに含み、
前記第1の被試験デバイス、前記第2の被試験デバイス、前記第1の伝送線路及び前記第2の伝送線路により形成されるループ構造には、前記第1の伝送線路及び前記第2の伝送線路の一部としてグラウンドプレーンが含まれている、請求項1~4のいずれか一項に記載のコンピュータシミュレーション方法。 - 前記伝送線路モデルの終端ノード及び特性変化ノードは、それぞれのインピーダンスを0~∞を範囲で設定することができる、請求項1~5のいずれか一項に記載のコンピュータシミュレーション方法。
- 前記伝送線路モデルは、前記伝送線路の主幹部と複数の支線部が共通接続される分岐ノードを含む、請求項1~6のいずれか一項に記載のコンピュータシミュレーション方法。
- 前記伝送線路は、車両、鉄道、船舶、または、航空機に敷設されたワイヤーハーネスを形成する、請求項1~7のいずれか一項に記載のコンピュータシミュレーション方法。
- 伝送線路に接続されるデバイスと、
前記伝送線路において前記デバイスを試験するための伝送線路モデルのデータを提供するデータ提供手段と、
を含むデバイスセットであって、
前記伝送線路モデルのデータは、前記デバイスと前記デバイスとは異なる他のデバイスとを接続する前記伝送線路において、前記伝送線路の伝送特性を表すパラメータが前記伝送線路の途中で変化する特性変化ノードのデータを含んでおり、前記特性変化ノードを境にした前記伝送線路の一方と前記伝送線路の他方で、前記伝送線路の伝送特性を表すパラメータが少なくとも一部異なる、デバイスセット。
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