WO2023243191A1 - 電磁ノイズ解析装置および電磁ノイズ解析方法 - Google Patents

電磁ノイズ解析装置および電磁ノイズ解析方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2023243191A1
WO2023243191A1 PCT/JP2023/014092 JP2023014092W WO2023243191A1 WO 2023243191 A1 WO2023243191 A1 WO 2023243191A1 JP 2023014092 W JP2023014092 W JP 2023014092W WO 2023243191 A1 WO2023243191 A1 WO 2023243191A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
noise
propagation
electromagnetic
probability distribution
distribution data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2023/014092
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
清人 松島
彩 大前
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to US18/866,102 priority Critical patent/US20250322137A1/en
Publication of WO2023243191A1 publication Critical patent/WO2023243191A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30Circuit design
    • G06F30/39Circuit design at the physical level
    • G06F30/394Routing
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20Design optimisation, verification or simulation
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/02Reliability analysis or reliability optimisation; Failure analysis, e.g. worst case scenario performance, failure mode and effects analysis [FMEA]
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/10Noise analysis or noise optimisation

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic noise analysis device and an electromagnetic noise analysis method.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • a normal electromagnetic field analysis is performed, in which a three-dimensional model of a casing that constitutes a car body etc. is divided into a mesh shape, and the current value propagating from a noise source is meshed. Analysis is mainly performed by calculating each time.
  • the frequency of the signal used is high (when the wavelength is short), it is necessary to increase the amount of meshes, which increases the analysis time.
  • the frequency used has increased to the GHz range, so the analysis time tends to become longer.
  • the reliability of the analysis results may decrease.
  • An object of the present invention is to provide an electromagnetic noise analysis device that can analyze the propagation path of electromagnetic noise in a high frequency band in a short time and can ensure a certain level of reliability in the analysis results.
  • the electromagnetic noise analysis device of the present invention statistically approximates the electromagnetic field characteristics inside the housing based on information on the housing structure and the wire route, and outputs propagation characteristic probability distribution data.
  • a propagation characteristic estimation unit statistically estimates the amount of noise propagation from the noise source to the victim device based on the frequency characteristics of noise emitted by the noise source and the propagation characteristic probability distribution data, and generates noise probability distribution data on the victim device.
  • the apparatus includes a propagation amount calculation unit that outputs an output, and a malfunction risk determination unit that determines a malfunction risk of the victim device based on the noise probability distribution data on the victim device.
  • an electromagnetic noise analysis device that can analyze the propagation path of electromagnetic noise in a high frequency band in a short time and can ensure a certain level of reliability in the analysis results.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a computer system according to a first embodiment.
  • 3 is a diagram showing the overall flow of electromagnetic noise analysis in Example 1.
  • FIG. FIG. 3 is a diagram showing a specific calculation flow in the broken line portion of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of data of a propagation characteristic probability distribution between a noise source and a victim device. A graph when FIG. 4 is viewed from the z-axis direction.
  • FIG. 7 is a diagram showing an overall image of electromagnetic noise analysis in Example 2.
  • 7 is a flowchart showing processing by a malfunction risk determination unit according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a determination result by a malfunction risk determination unit.
  • FIG. 7 is a diagram showing an overall image of electromagnetic noise analysis in Example 3.
  • FIG. 7 is a diagram showing an overall image of electromagnetic noise analysis in Example 4.
  • a computer executes a program using a processor (eg, CPU, GPU), and performs processing determined by the program while using storage resources (eg, memory), interface devices (eg, communication port), and the like. Therefore, the main body of processing performed by executing a program may be a processor. Similarly, the subject of processing performed by executing a program may be a controller, device, system, computer, or node having a processor.
  • the main body of processing performed by executing a program may be an arithmetic unit, and may include a dedicated circuit that performs specific processing.
  • the dedicated circuit is, for example, an FPGA (Field Programmable Gate Array), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or a CPLD (Complex Programmable Logic Device).
  • the program may be installed on the computer from the program source.
  • the program source may be, for example, a program distribution server or a computer-readable storage medium.
  • the program distribution server includes a processor and a storage resource for storing the program to be distributed, and the processor of the program distribution server may distribute the program to be distributed to other computers.
  • two or more programs may be realized as one program, or one program may be realized as two or more programs.
  • FIGS. 1 to 10 An electromagnetic noise analysis method and apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below using FIGS. 1 to 10.
  • an example will be described in which the EMC risk of a harness (wiring) that is crawled around in a vehicle such as an electric vehicle is evaluated and reflected in the design of a wiring route.
  • an inverter In electric vehicles, in order to drive the tires with a motor, an inverter is used that converts the direct current output from the battery into alternating current.
  • a battery is connected to the inverter, and the inverter is also connected to a motor using wiring (motor cable).
  • a control signal is transmitted from an ECU (Engine Control Unit) to an inverter via wiring (control cable), and the inverter performs torque control using pulse modulation according to the signal. Noise is generated during the pulse modulation of this inverter, and if some of this leaks outside, there is a possibility that it will be transmitted as a noise signal to the wiring inside the vehicle.
  • the noise signal carried on the wiring overlaps with signals that control electrical devices in the vehicle, such as an ECU and an antenna for a GPS (Global Positioning System), there is a risk that these devices may malfunction. For this reason, it is necessary to design the wiring route in consideration of resistance to noise.
  • GPS Global Positioning System
  • the RCM theory is that high-frequency electromagnetic waves propagating inside a complex-shaped housing will undergo multiple reflections if the wavelength is sufficiently small (for example, one-tenth or less) of the housing, and after a certain amount of time has passed,
  • the theory is that the electromagnetic field can be viewed as a random state and can be modeled as a statistical intensity distribution. Note that the RCM theory can also be applied to the vehicle body because it is not a simple shape and is sufficiently large compared to the wavelength of electromagnetic noise.
  • FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a computer system according to a first embodiment.
  • the computer system includes a processor 1, a storage section 2, an input section 3, an output section 4, and a connection line 5 connecting these.
  • the processor 1 is, for example, a CPU as described above.
  • the storage unit 2 is a memory, an HDD (Hard Disk Drive), or the like.
  • the input unit 3 is a keyboard, a mouse, a touch panel, etc.
  • the output unit 4 is, for example, a display.
  • the connection line 5 is a wiring on a circuit board, a connection cord, a network, or the like. These configurations do not need to be located at the same location, and may be installed at remote locations and connected via a network or the like.
  • the processor 1 executes each function by reading and executing a program stored in the storage unit 2 or the like.
  • each function executed by the processor 1 is conceptually explained as a housing structure/wire route extraction section 101, a propagation characteristic estimation section 102, a noise characteristic extraction section 103, a propagation amount calculation section 104, and a malfunction risk determination section 105. It is shown as Details of each part will be described later.
  • the storage unit 2 has an analysis/measurement database 201 and a design database 202.
  • the analysis/measurement database 201 stores damaged device data (D16) and noise source data (D13). Damaged devices are assumed to be ECUs and various antennas, and noise sources are assumed to be inverters and various sensors.
  • the damaged device data (D16) corresponds to, for example, data regarding vulnerability obtained through device testing and data regarding the importance of the device.
  • Vulnerability data is data on how much noise at a predetermined frequency in a victim device requires to cause a malfunction, and includes information such as reception sensitivity frequency characteristics and multiple thresholds (voltage thresholds and probability thresholds described later). is included. Data regarding the importance of devices is data that indicates the degree of risk influence of each device within the housing. is set higher than.
  • the noise source data (D13) is data related to noise emitted by the noise source, and is obtained in advance by analysis or actual measurement. Note that the noise included in the acquired data may be radiation noise or conduction noise.
  • FIG. 2 is a diagram showing the overall flow of electromagnetic noise analysis in Example 1
  • FIG. 3 is a diagram showing a specific calculation flow in the broken line portion of FIG. 2.
  • the housing structure/wire route extraction unit 101 acquires housing structure data and wire route data (D10) from the design database 202. , calculate the housing characteristics and the propagation characteristics (coupling characteristics of the wire paths) between each port.
  • the housing characteristics are characteristics obtained by calculation by the housing structure/wire route extraction unit 101 based on the housing structure data acquired from the design database 202, and include the volume of the housing (vehicle body), Q value, etc. is included.
  • the propagation characteristics between each port are determined by the case structure/wire route extraction unit 101 based on the wire route data acquired from the design database 202. This characteristic can be obtained by individually calculating the effect of each port on the victim device, which is another port. In this calculation, only the neighboring region that affects the radiation characteristics of each port needs to be modeled, so the calculation cost can be reduced.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of data of a propagation characteristic probability distribution between a noise source and a victim device, in which the x-axis represents frequency, the y-axis represents propagation characteristics, and the z-axis represents probability distribution.
  • FIG. 5 is a graph when FIG. 4 is viewed from the z-axis direction, with the x-axis representing frequency and the y-axis representing propagation characteristics.
  • the propagation characteristics that is, the ease with which noise is transmitted from the noise source to the victim device
  • the probability distribution thereof also differs.
  • the range of characteristics that occur with a certain probability or more cannot be ignored, so if the upper and lower limits of the propagation characteristics are determined in a form that corresponds to the range of characteristics, the upper and lower limit lines as shown in Figure 5 are created. can be drawn.
  • the peaks of the probability distribution in FIG. 4 are connected for each frequency, a line of the mode can be drawn in FIG. 5.
  • the noise characteristic extraction unit 103 acquires noise source data (D13) from the analysis/measurement database 201 and extracts the frequency characteristics of noise emitted by the noise source.
  • the propagation amount calculation unit 104 separates the victim device from the noise source based on the propagation characteristic probability distribution data (D12) outputted by the propagation characteristic estimation unit 102 and the noise frequency characteristic data (D14) outputted by the noise characteristic extraction unit 103. Statistically estimate the amount of noise propagated to
  • the malfunction risk determination unit 105 compares the malfunction occurrence probability with a predetermined threshold included in the damaged device data (D16), and determines that the risk is high if it is greater than or equal to the threshold, and the risk is small if it is less than the threshold. It's okay.
  • the determination result by the malfunction risk determination unit 105 is output to the design database 202 as malfunction risk data (D17).
  • the malfunction risk data (D17) is stored in the design database 202, and is fed back to the SIL (Safety Integrity Level) design as a failure rate as necessary to be utilized for updating the design data. Further, the malfunction risk data (D17) is displayed via the output unit 4 as "During XX operation, error occurs with probability of XX". In this way, if the risk is quantitatively expressed as the probability of malfunction occurring in the victim device, it will be useful for EMC design.
  • FIG. 6 is a diagram showing an overall image of electromagnetic noise analysis in Example 2. This example differs from Example 1 in the following two points.
  • the first difference is that the noise characteristic extraction unit 103 of this embodiment extracts a plurality of noise frequency characteristics for each operating state of the noise source.
  • the noise source is an inverter of an electric vehicle
  • the noise characteristic extraction unit 103 extracts the frequency characteristics of noise caused by switching of the inverter during acceleration operation, and the frequency characteristics of noise caused by switching of the inverter during regeneration (deceleration) operation. and are extracted separately.
  • Graph 2A in FIG. 6 shows noise frequency characteristics in acceleration mode as control 1 and regeneration mode as control 2.
  • the accuracy of the noise probability distribution on the victim device obtained by the propagation amount calculation unit 104 is improved, and as a result, the determination by the malfunction risk determination unit 105 is improved. Accuracy is also improved.
  • the switching interval of the inverter is different between the low speed range and the high speed range, so it is desirable to use different noise frequency characteristic data for each speed range.
  • the second difference is that the malfunction risk determination unit 105 of this embodiment does not calculate the probability of malfunction occurrence itself, but rather determines whether excessive noise (induced voltage) will occur and what the probability of that occurrence is. The point is to determine the magnitude of risk by comparing it with voltage thresholds and probability thresholds.
  • step S202 if the probability distribution of the induced voltage exceeds the voltage threshold, the malfunction risk determination unit 105 determines whether the probability of generating such induced voltage noise is greater than a predetermined probability threshold (step S203). ). If the noise occurrence probability is greater than the probability threshold, the malfunction risk determination unit 105 determines that the risk is high, outputs it to the design database 202 (step S204), and ends the determination process.
  • the malfunction risk determination unit 105 determines if the probability of occurrence is sufficiently low (does not exceed the probability threshold). , it is determined that the risk of the victim device malfunctioning is small. That is, in this embodiment, since the risk is determined by taking into account not only the intensity of noise but also the probability of its occurrence, highly accurate determination can be made and excessive EMC design can be avoided.
  • the noise characteristic extraction unit 103 extracts not only the frequency characteristic of noise but also the probability of occurrence of each noise
  • the propagation amount calculation unit 104 extracts not only the frequency characteristic of noise but also the probability of occurrence of each noise. This is different from the second embodiment in that the amount of noise propagation is roughly estimated using the following method. As in this embodiment, when the probability of occurrence of noise in the noise source is also considered, the accuracy of the noise probability distribution on the victim device obtained by the propagation amount calculation unit 104 is improved, and as a result, the accuracy of the determination by the malfunction risk determination unit 105 is also improved. improves.
  • the housing structure/wire route extraction unit 101 extracts housing characteristic data and radiation characteristic data (D11) between each port, and the noise characteristic extraction unit 103 extracts noise frequency characteristic data (D14). ), but if D11 and D14 are stored in the design database 202 and the analysis/measurement database 201 in advance, the casing structure/wire route extraction section 101 and the noise characteristic extraction section 103 can be omitted. Further, in each of the above embodiments, the noise source data (D13) and the victim device data (D16) are stored in the common analysis/measurement database 201, but each data may be stored in separate databases. .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)

Abstract

本発明の目的は、高周波帯における電磁ノイズに対しても伝播経路を短時間で解析し、かつ、その解析結果に一定の信頼性を担保し得る電磁ノイズ解析装置を提供することにある。そのために、本発明の電磁ノイズ解析装置は、筐体構造および電線経路の情報に基づき、筐体内部の電磁界特性を統計的に概算して伝播特性確率分布データを出力する伝播特性概算部と、ノイズ源が発するノイズの周波数特性と前記伝播特性確率分布データに基づき、前記ノイズ源から被害装置へのノイズ伝播量を統計的に概算して被害装置上ノイズ確率分布データを出力する伝播量計算部と、前記被害装置上ノイズ確率分布データに基づき、前記被害装置の誤動作リスクを判定する誤動作リスク判定部と、を備える。

Description

電磁ノイズ解析装置および電磁ノイズ解析方法
 本発明は、電磁ノイズ解析装置および電磁ノイズ解析方法に関する。
 複数の電気装置を組み合わせたシステムにおいては、ある電気装置から発生した電磁ノイズの影響を受けて他の電気装置が誤動作する可能性があるため、EMC(Electro-Magnetic Compatibility:電磁両立性)設計が行われている。また、EMC設計の項目の1つとして、車体などの筐体内における配線についても、電磁ノイズに対する耐性を考慮した経路設計が必要となる。電磁ノイズの解析技術に関しては、例えば、特許文献1が知られている。
特開2013-186683号公報
 従来の配線経路設計では、例えば特許文献1のように、通常の電磁界解析、すなわち、車体などを構成する筐体の3次元モデルをメッシュ状に分割し、ノイズ源から伝播する電流値をメッシュ毎に計算してゆく解析が主に行われる。しかし、使用される信号の周波数が高い場合(波長が短い場合)、メッシュの量も増やす必要があるので、解析時間が長くなってしまう。特に、近年では使用周波数がGHz領域まで高周波化しているので、解析時間がさらに長くなる傾向にある。また、一般の電磁界解析では、筐体をモデル化した3次元形状と、実際の形状にズレがあると、解析結果の信頼性が低下する可能性もあった。
 本発明の目的は、高周波帯における電磁ノイズに対しても伝播経路を短時間で解析し、かつ、その解析結果に一定の信頼性を担保し得る電磁ノイズ解析装置を提供することにある。
 前述の課題を解決するため、本発明の電磁ノイズ解析装置は、筐体構造および電線経路の情報に基づき、筐体内部の電磁界特性を統計的に概算して伝播特性確率分布データを出力する伝播特性概算部と、ノイズ源が発するノイズの周波数特性と前記伝播特性確率分布データに基づき、前記ノイズ源から被害装置へのノイズ伝播量を統計的に概算して被害装置上ノイズ確率分布データを出力する伝播量計算部と、前記被害装置上ノイズ確率分布データに基づき、前記被害装置の誤動作リスクを判定する誤動作リスク判定部と、を備える。
 本発明によれば、高周波帯における電磁ノイズに対しても伝播経路を短時間で解析し、かつ、その解析結果に一定の信頼性を担保し得る電磁ノイズ解析装置を提供できる。
 上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
実施例1の計算機システムの全体構成を示す図。 実施例1における電磁ノイズ解析の全体フローを示す図。 図2の破線部分における具体的な計算フローを示す図。 ノイズ源-被害装置間の伝播特性確率分布のデータ例を示す図。 図4をz軸の方向から見たときのグラフ。 実施例2における電磁ノイズ解析の全体イメージを示す図。 実施例2に係る誤動作リスク判定部による処理を示すフローチャート。 誤動作リスク判定部による判定結果の一例を示す図。 実施例3における電磁ノイズ解析の全体イメージを示す図。 実施例4における電磁ノイズ解析の全体イメージを示す図。
 以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施形態は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
 実施形態において、プログラムを実行して行う処理について説明する場合がある。ここで、計算機は、プロセッサ(例えばCPU,GPU)によりプログラムを実行し、記憶資源(例えばメモリ)やインターフェースデバイス(例えば通信ポート)等を用いながら、プログラムで定められた処理を行う。そのため、プログラムを実行して行う処理の主体を、プロセッサとしても良い。同様に、プログラムを実行して行う処理の主体が、プロセッサを有するコントローラ、装置、システム、計算機、ノードであっても良い。プログラムを実行して行う処理の主体は、演算部であれば良く、特定の処理を行う専用回路を含んでいても良い。ここで、専用回路とは、例えばFPGA(Field Programmable Gate Array)やASIC(Application Specific Integrated Circuit),CPLD(Complex Programmable Logic Device)等である。
 プログラムは、プログラムソースから計算機にインストールされても良い。プログラムソースは、例えば、プログラム配布サーバまたは計算機が読み取り可能な記憶メディアであっても良い。プログラムソースがプログラム配布サーバの場合、プログラム配布サーバはプロセッサと配布対象のプログラムを記憶する記憶資源を含み、プログラム配布サーバのプロセッサが配布対象のプログラムを他の計算機に配布しても良い。また、実施例において、2以上のプログラムが1つのプログラムとして実現されても良いし、1つのプログラムが2以上のプログラムとして実現されても良い。
 本発明の実施形態に係る電磁ノイズ解析方法および装置について、以下、図1から図10を用いて説明する。本実施形態では、特に、電気自動車などの車両に這い回されるハーネス(配線)のEMCリスクを評価し、配線経路の設計に反映させる場合を例に挙げて説明する。
 電気自動車では、タイヤをモータで駆動するために、電池から出力される直流電流を交流に変換するインバータが用いられる。インバータには、電池が接続されるとともに、配線(モータケーブル)を用いてモータにも接続されている。電気自動車が加速したり減速したりする場合、制御信号がECU(Engine Control Unit)から配線(制御ケーブル)を介してインバータに伝達され、その信号に従ってインバータがパルス変調によるトルク制御を行う。このインバータのパルス変調時にノイズが生じ、これが部分的に外部に漏れると、ノイズ信号として車内の配線に乗ってしまう可能性がある。そして、配線に乗ったノイズ信号が、車内の電気装置、例えば、ECU、GPS(Global Positioning System)などのアンテナ、を制御する信号に重なると、これらの装置を誤動作されてしまう恐れもある。このため、ノイズに対する耐性を考慮した配線経路設計が必要となる。
 そこで、本実施形態では、統計的な評価を電磁界解析に組み込むことで、解析時間を短くしつつ、解析結果に一定の信頼性を担保し得る配線経路設計を実現する。具体的には、RCM(Random Coupling Model)理論を適用することにより、筐体の形状などに起因した特性変動の影響を低減する。
 RCM理論とは、複雑な形状の筐体内を伝搬する高周波の電磁波は、その波長が筐体に対して十分小さい(例えば、10分の1以下)場合、多重反射し、一定時間が経過すると、ランダム状態と見做すことができ、電磁界を統計的な強度分布としてモデル化できる、という理論である。なお、車体についても、単純な形状ではないため、電磁ノイズの波長に対して十分大きいので、RCM理論が適用できる。
  実施例1に係る電磁ノイズ解析方法は、計算機システムによって実現される。図1は、実施例1の計算機システムの全体構成を示す図である。図1に示すように、計算機システムは、プロセッサ1と、記憶部2と、入力部3と、出力部4と、これらを接続する接続線5と、を備える。プロセッサ1は、前述のとおり例えばCPUである。記憶部2は、メモリやHDD(Hard Disk Drive)などである。入力部3は、キーボード、マウス、タッチパネルなどである。出力部4は、例えばディスプレイである。接続線5は、回路基板上の配線、接続コード、ネットワークなどである。これらの構成は、同一の場所にある必要はなく、遠隔地に設置してネットワークなどを介して接続されても良い。
 プロセッサ1は、記憶部2などに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、各機能を実行する。図1では、プロセッサ1が実行する各機能を、概念的に、筐体構造・電線経路抽出部101、伝播特性概算部102、ノイズ特性抽出部103、伝播量計算部104、誤動作リスク判定部105として示している。各部の詳細については、後述する。
 記憶部2は、解析・計測データベース201および設計データベース202を有する。
解析・計測データベース201は、被害装置データ(D16)およびノイズ源データ(D13)を格納する。被害装置としては、ECUや各種アンテナなどが想定され、ノイズ源としては、インバータや各種センサなどが想定される。被害装置データ(D16)は、例えば、装置の試験を通じて得られる脆弱性に関するデータ、装置の重要度に関するデータが該当する。脆弱性に関するデータは、被害装置において所定の周波数でどれだけの強度のノイズがあると誤動作が発生するかに関するデータであり、受信感度周波数特性や、複数の閾値(後述の電圧閾値や確率閾値)が含まれる。装置の重要度に関するデータは、筐体内の装置ごとのリスクの影響度合いを示すデータであり、車両の場合、例えば、車両の動作を制御する装置の重要度が、カーオーディオ関連の装置の重要度よりも高く設定される。ノイズ源データ(D13)は、ノイズ源が発するノイズに関するデータであり、解析や実測によって予め取得される。なお、取得されるデータに含まれるノイズは、放射ノイズであっても、伝導ノイズであっても良い。
 次に、本実施例における電磁ノイズ解析のフローについて、図2から図5を用いて説明する。図2は、実施例1における電磁ノイズ解析の全体フローを示す図であり、図3は、図2の破線部分における具体的な計算フローを示す図である。
 まず、伝播特性概算部102で行うRCM理論を適用した処理に対する前処理として、筐体構造・電線経路抽出部101が、設計データベース202から、筐体構造データおよび電線経路データ(D10)を取得し、筐体特性と、各ポートの間の伝播特性(電線経路の結合特性)と、を計算する。筐体特性は、筐体構造・電線経路抽出部101が、設計データベース202から取得した筐体構造データに基づいて計算することで得られる特性であり、筐体(車体)の体積やQ値などが含まれる。一方、各ポート間の伝播特性は、筐体構造・電線経路抽出部101が、設計データベース202から取得した電線経路データに基づき、あるポートと他のポートとの関係(例えばあるポートであるノイズ源が他のポートである被害装置に与える影響)を個別に計算していくことで得られる特性である。この計算では、各ポートの放射特性に影響のある近傍領域のみをモデル化すれば良いので、計算コストが削減できる。
 次に、伝播特性概算部102は、RCM理論を適用した処理を実行する。すなわち、伝播特性概算部102は、図3に示すように、筐体構造・電線経路抽出部101が計算した筐体特性に基づいて、複数の分布パターンをランダム行列計算により生成し、筐体(車体)内の電磁界の状態を、最頻値を中心とした確率分布の特性モデルとして表現する。さらに、伝播特性概算部102は、この筐体特性に基づく特性モデル(遠方特性モデル)と、筐体構造・電線経路抽出部101が計算した、各ポートの放射特性およびポート間伝播特性に基づく特性モデル(近傍特性モデル)と、を用いて、伝播特性確率分布を概算する。
この伝播特性確率分布は、精緻な3D解析を行わなくても、概算値として得ることができるので、解析時間の短縮につながる。
 図4は、ノイズ源-被害装置間の伝播特性確率分布のデータ例を示す図であり、x軸が周波数、y軸が伝播特性、z軸が確率分布、をそれぞれ表している。図5は、図4をz軸の方向から見たときのグラフであり、x軸が周波数、y軸が伝播特性を示している。
 図4および図5によれば、周波数ごとに、伝播特性、すなわち、ノイズ源から被害装置へのノイズの伝わり易さが異なり、その確率分布も異なることが分かる。また、図4において、一定の確率以上で生じる特性の範囲は無視できないので、その特性範囲に対応する形で伝播特性の上限と下限を定めると、図5に示すような、上限ラインおよび下限ラインが描ける。さらに、図4において、確率分布のピークを周波数ごとに結べば、図5に最頻値のラインを描くこともできる。
 一方、ノイズ特性抽出部103は、解析・計測データベース201からノイズ源データ(D13)を取得し、ノイズ源が発するノイズの周波数特性を抽出する。
 伝播量計算部104は、伝播特性概算部102が出力する伝播特性確率分布データ(D12)と、ノイズ特性抽出部103が出力するノイズ周波数特性データ(D14)と、に基づき、ノイズ源から被害装置へのノイズ伝播量を統計的に概算する。
 誤動作リスク判定部105は、伝播量計算部104が出力する被害装置上ノイズ確率分布データ(D15)と、解析・計測データベース201が出力する被害装置データ(D16)と、に基づいて、被害装置が誤動作するリスクを判定する。例えば、誤動作リスク判定部105は、被害装置データ(D16)に含まれる受信感度周波数特性(どの周波数帯でどの程度のノイズが被害装置に加わると誤動作が発生するかの関係を示す情報)と、被害装置上ノイズ確率分布データ(D15)と、を用いた乗算などの演算の結果に基づいて、被害装置における誤動作の発生確率を算出する。さらに、誤動作リスク判定部105は、誤動作の発生確率と、被害装置データ(D16)に含まれる所定の閾値とを比較し、閾値以上の場合にリスク大、閾値未満の場合リスク小、と判定しても良い。
 誤動作リスク判定部105による判定結果は、誤動作リスクデータ(D17)として、設計データベース202に出力される。誤動作リスクデータ(D17)は、設計データベース202に記憶されるとともに、必要に応じて故障率としてSIL(Safety Integrity Level)設計にフィードバックされ、設計データの更新に活用される。また、誤動作リスクデータ(D17)は、出力部4を介して「〇〇操作時、××の確率でエラー発生」などと表示される。このように、リスクが被害装置の誤動作発生確率として定量的に示されると、EMC設計する上で有用となる。
  実施例2に係る電磁ノイズ解析方法について、図6から図8を用いて説明する。図6は、実施例2における電磁ノイズ解析の全体イメージを示す図である。本実施例は、以下の2つの点で実施例1と相違する。
 1つ目の相違点は、本実施例のノイズ特性抽出部103が、ノイズ源の動作状態ごとに、複数のノイズ周波数特性を抽出する点である。例えば、ノイズ源が電気自動車のインバータの場合、ノイズ特性抽出部103は、加速動作中のインバータのスイッチングにより生じるノイズの周波数特性と、回生(減速)動作中のインバータのスイッチングにより生じるノイズの周波数特性と、を区別して抽出する。図6のグラフ2Aでは、制御1として加速モード、制御2として回生モード、におけるノイズ周波数特性がそれぞれ示されている。このように、主要な制御モードごとに異なるノイズ周波数特性データを用いることで、伝播量計算部104で得られる被害装置上ノイズ確率分布の精度が向上し、結果として、誤動作リスク判定部105による判定精度も向上する。さらに、同じ加速動作中であっても、低速域と高速域とではインバータのスイッチング間隔が異なるので、速度域ごとでも異なるノイズ周波数特性データを用いるのが望ましい。
 2つ目の相違点は、本実施例の誤動作リスク判定部105が、誤動作の発生確率自体は計算せず、過大なノイズ(誘起電圧)が発生するか、その発生確率がどの程度かを、電圧閾値や確率閾値と比較することで、リスクの大小を判定する点である。
 図7は、実施例2に係る誤動作リスク判定部による処理を示すフローチャートである。
図7に示すように、本実施例の誤動作リスク判定部105は、まず、伝播量計算部104から被害装置上ノイズ確率分布データ(D15)として、被害装置上の誘起電圧の確率分布(図6のグラフ2C)を取得する(ステップS201)。次に、誤動作リスク判定部105は、被害装置上の誘起電圧の確率分布が所定の電圧閾値を超えるか否かを判定する(ステップS202)。
 ステップS202において、誘起電圧の確率分布が電圧閾値を超える場合、誤動作リスク判定部105は、そのような誘起電圧のノイズを発生させる確率が所定の確率閾値より大きいか否かを判定する(ステップS203)。ノイズの発生確率が確率閾値より大きい場合、誤動作リスク判定部105は、高リスクであると判定するとともに、設計データベース202に出力し(ステップS204)、判定処理を終了する。
 一方、ステップS202において、誘起電圧の確率分布が電圧閾値以下の場合、または、ステップS203において、ノイズの発生確率が確率閾値以下の場合、誤動作リスク判定部105は、設計データベース202に出力することなく、判定処理を終了する。このように、本実施例の誤動作リスク判定部105は、強いノイズが発生する(電圧閾値を超える)可能性があっても、その発生確率が十分に低い(確率閾値を超えない)場合には、被害装置が誤動作するリスクとしては小さいと判定する。すなわち、本実施例では、ノイズの強度だけでなく、その発生確率も勘案してリスクを判定しているので、精度の高い判定ができ、過剰なEMC設計を回避できる。
 なお、ノイズ電圧の大きさに関する電圧閾値と、ノイズの発生確率に関する確率閾値と、は、被害装置の特性に応じて決まる閾値であり、解析・計測データベース201から出力される被害装置データ(D16)に含まれる。また、確率閾値は、SILで定められた故障率の基準値に対応させるのが望ましい。
 図8は、誤動作リスク判定部による判定結果の一例を示す図である。誤動作リスク判定部105は、判定結果である誤動作リスクを図8のように定量化(見える化)し、設計データベース202に出力する。
  実施例3に係る電磁ノイズ解析方法について、図9を用いて説明する。図9は、実施例3における電磁ノイズ解析の全体イメージを示す図である。
 本実施例では、ノイズ特性抽出部103が、ノイズの周波数特性だけでなく、各ノイズの発生確率も抽出し、伝播量計算部104が、ノイズの周波数特性だけでなく、各ノイズの発生確率も用いて、ノイズ伝播量を概算する点で、実施例2と相違する。本実施例のように、ノイズ源におけるノイズの発生確率も考慮すると、伝播量計算部104で得られる被害装置上ノイズ確率分布の精度が向上し、結果として、誤動作リスク判定部105による判定精度も向上する。
 なお、図9のグラフ3Aは、周波数(x軸)およびノイズ強度(y軸)のみの2次元のグラフとなっているが、実際には、確率分布(z軸)も幅を持ったデータとして含まれる。また、ノイズの発生確率に代えて、制御モード(加速モードや回生モードなど)が実行される頻度が用いられても良い。
  実施例4に係る電磁ノイズ解析方法について、図10を用いて説明する。図10は、実施例4における電磁ノイズ解析の全体イメージを示す図である。
 本実施例は、電磁ノイズを解析する途中で、コネクタ形状や構造の左右非対称などに起因して生じる伝導ノイズを、ディファレンシャルモードまたはコモンモードに適宜変換するものである。
 前提として、伝播特性概算部102がRCM理論を適用した処理を行う場合、対象のノイズはコモンモードノイズに限定されるため、伝播特性概算部102が出力する伝播特性確率分布データ(D12)も、図10のグラフ4Bに示すように、コモンモードノイズとなっている。したがって、ノイズ源データ(D13)に含まれるノイズ周波数特性が、図10のグラフ4Aに示すようにディファレンシャルモードの場合、ノイズ特性抽出部103は、ノイズ周波数特性をコモンモードに変換して伝播量計算部104に出力する。これにより、伝播量計算部104は、コモンモードノイズの伝播特性確率分布データ(D12)と、コモンモードに変換されたノイズ周波数特性データ(D14)と、に基づき、伝播量の計算が可能となる。
 しかし、誤動作リスク判定部105が被害装置における誤動作のリスクを判定するためには、ノイズの伝播量をディファレンシャルモードに変換して評価する必要がある。そこで、本実施例の伝播量計算部104は、計算した伝播量をコモンモードからディファレンシャルモードに変換し、変換後のデータを被害装置上ノイズ確率分布データ(D15)として誤動作リスク判定部105に出力するようにした。
 前述の各実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
 例えば、前述の各実施例では、筐体構造・電線経路抽出部101が筐体特性データおよび各ポート間の放射特性データ(D11)を抽出し、ノイズ特性抽出部103がノイズ周波数特性データ(D14)を抽出したが、D11およびD14を予め設計データベース202および解析・計測データベース201に格納しておけば、筐体構造・電線経路抽出部101およびノイズ特性抽出部103は省略が可能である。また、前述の各実施例では、ノイズ源データ(D13)および被害装置データ(D16)が共通の解析・計測データベース201に格納されているが、各データがそれぞれ別のデータベースに格納されても良い。
 1…プロセッサ、2…記憶部、3…入力部、4…出力部、5…接続線、101…筐体構造・電線経路抽出部、102…伝播特性概算部、103…ノイズ特性抽出部、104…伝播量計算部、105…誤動作リスク判定部、201…解析・計測データベース、202…設計データベース

Claims (14)

  1. 筐体構造および電線経路の情報に基づき、筐体内部の電磁界特性を統計的に概算して伝播特性確率分布データを出力する伝播特性概算部と、
    ノイズ源が発するノイズの周波数特性と前記伝播特性確率分布データに基づき、前記ノイズ源から被害装置へのノイズ伝播量を統計的に概算して被害装置上ノイズ確率分布データを出力する伝播量計算部と、
    前記被害装置上ノイズ確率分布データに基づき、前記被害装置の誤動作リスクを判定する誤動作リスク判定部と、
    を備えた電磁ノイズ解析装置。
  2. 請求項1において、
    前記伝播量計算部は、前記ノイズ源の動作状態ごとの複数の周波数特性を用いて、前記ノイズ伝播量を概算する電磁ノイズ解析装置。
  3. 請求項1において、
    前記伝播量計算部は、ノイズの周波数特性だけでなく、ノイズの発生確率も用いて、前記ノイズ伝播量を概算する電磁ノイズ解析装置。
  4. 請求項1において、
    前記誤動作リスク判定部は、前記被害装置の脆弱性に関するデータも用いて、前記被害装置の誤動作リスクを判定する電磁ノイズ解析装置。
  5. 請求項4において、
    前記誤動作リスク判定部は、前記被害装置の脆弱性に関するデータと前記被害装置上ノイズ確率分布データとを用いた演算の結果に基づいて、前記被害装置の誤動作発生確率を出力する電磁ノイズ解析装置。
  6. 請求項4において、
    前記被害装置の脆弱性に関するデータには、ノイズ電圧の大きさに関する電圧閾値と、ノイズの発生確率に関する確率閾値と、が含まれ、
    前記誤動作リスク判定部は、前記被害装置上ノイズ確率分布データを、前記電圧閾値および前記確率閾値と比較することで、リスクの大小を出力する電磁ノイズ解析装置。
  7. 請求項1において、
    ノイズの周波数特性をディファレンシャルモードからコモンモードに変換して前記伝播量計算部に出力するノイズ特性抽出部を、さらに備える電磁ノイズ解析装置。
  8. 請求項7において、
    前記伝播量計算部は、前記ノイズ伝播量をコモンモードからディファレンシャルモードに変換し、前記被害装置上ノイズ確率分布データとして前記誤動作リスク判定部に出力する電磁ノイズ解析装置。
  9. 伝播特性概算部が、筐体構造および電線経路の情報に基づき、筐体内部の電磁界特性を統計的に概算して伝播特性確率分布データを出力するステップと、
    伝播量計算部が、ノイズ源が発生するノイズの周波数特性と前記伝播特性確率分布データに基づき、前記ノイズ源から被害装置へのノイズ伝播量を統計的に概算して被害装置上ノイズ確率分布データを出力するステップと、
    誤動作リスク判定部が、前記被害装置上ノイズ確率分布データに基づき、前記被害装置の誤動作リスクを判定するステップと、
    を備えた電磁ノイズ解析方法。
  10. 請求項9において、
    前記伝播量計算部は、前記ノイズ源の動作状態ごとの複数の周波数特性を用いて、前記ノイズ伝播量を概算する電磁ノイズ解析方法。
  11. 請求項9において、
    前記伝播量計算部は、ノイズの周波数特性だけでなく、ノイズの発生確率も用いて、前記ノイズ伝播量を概算する電磁ノイズ解析方法。
  12. 請求項9において、
    前記誤動作リスク判定部は、前記被害装置の脆弱性に関するデータも用いて、前記被害装置の誤動作リスクを判定する電磁ノイズ解析方法。
  13. 請求項9において、
    ノイズ特性抽出部が、ノイズの周波数特性をディファレンシャルモードからコモンモードに変換するステップを、さらに備える電磁ノイズ解析方法。
  14. 請求項13において、
    前記伝播量計算部は、前記被害装置上ノイズ確率分布データをコモンモードからディファレンシャルモードに変換して出力する電磁ノイズ解析方法。
PCT/JP2023/014092 2022-06-16 2023-04-05 電磁ノイズ解析装置および電磁ノイズ解析方法 Ceased WO2023243191A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/866,102 US20250322137A1 (en) 2022-06-16 2023-04-05 Electromagnetic Noise Analysis Device and Electromagnetic Noise Analysis Method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022-096932 2022-06-16
JP2022096932A JP7853844B2 (ja) 2022-06-16 2022-06-16 電磁ノイズ解析装置および電磁ノイズ解析方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023243191A1 true WO2023243191A1 (ja) 2023-12-21

Family

ID=89192729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/014092 Ceased WO2023243191A1 (ja) 2022-06-16 2023-04-05 電磁ノイズ解析装置および電磁ノイズ解析方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20250322137A1 (ja)
JP (1) JP7853844B2 (ja)
WO (1) WO2023243191A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0982594A1 (en) * 1998-08-24 2000-03-01 BRITISH TELECOMMUNICATIONS public limited company Method and apparatus for electromagnetic emissions testing
JP2010146096A (ja) * 2008-12-16 2010-07-01 Oki Electric Ind Co Ltd 電磁界シミュレータ
JP2013186683A (ja) * 2012-03-08 2013-09-19 Hitachi Ltd 電磁ノイズ解析方法及び装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0982594A1 (en) * 1998-08-24 2000-03-01 BRITISH TELECOMMUNICATIONS public limited company Method and apparatus for electromagnetic emissions testing
JP2010146096A (ja) * 2008-12-16 2010-07-01 Oki Electric Ind Co Ltd 電磁界シミュレータ
JP2013186683A (ja) * 2012-03-08 2013-09-19 Hitachi Ltd 電磁ノイズ解析方法及び装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20250322137A1 (en) 2025-10-16
JP7853844B2 (ja) 2026-04-30
JP2023183428A (ja) 2023-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8201122B2 (en) Computing resistance sensitivities with respect to geometric parameters of conductors with arbitrary shapes
CN109074519B (zh) 信息处理装置、信息处理方法以及程序
CN111976623A (zh) 面向智能汽车的底盘域控制器、车辆的控制方法及车辆
CN113792438B (zh) 一种整车电磁抗干扰性能评估方法及装置
US20140081609A1 (en) Method of simulation of unsteady aerodynamic loads on an external aircraft structure
CN113052892A (zh) 一种车辆货物体积计算方法、装置及存储介质
CN116540073A (zh) 车规级芯片的安全分析方法、装置、设备及存储介质
Ramezani et al. Multiple objective functions for falsification of cyber-physical systems
CN117290944A (zh) 电气模块的布置方法、装置、设备、车辆底盘及车辆
WO2023243191A1 (ja) 電磁ノイズ解析装置および電磁ノイズ解析方法
CN117970029A (zh) 基于多模态行波传输的电力电缆故障诊断方法及系统
CN113379852A (zh) 用于验证相机标定结果的方法、装置、电子设备和介质
CN120124400B (zh) 一种抗干扰电子线束的加工方法
Parmantier et al. Electromagnetic coupling on complex systems: Topological approach
US8381149B2 (en) Timing analysis apparatus, timing analysis method, and timing analysis program
US9317649B2 (en) System and method of determining high speed resonance due to coupling from broadside layers
US7398424B2 (en) False path detection program
WO2024011510A1 (zh) 基于模型降阶边界元法的声压评估方法、装置及终端设备
Beetner et al. Validation of worst-case and statistical models for an automotive EMC expert system
CN120930269B (zh) 整车到零部件的人体电磁防护性能目标分解方法及装置
CN117215908A (zh) 用于执行数据处理的方法
US20180076911A1 (en) Signal line noise resistance evaluating method and its device
CN118235131A (zh) 构建车辆动力学模型的方法、装置、设备和存储介质
Dhar et al. Prediction of radiated emission with transmission line model for CISPR 25
Lu et al. SoC-level safety-oriented design process in electronic system level development environment

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23823495

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18866102

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 23823495

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 18866102

Country of ref document: US