汽車電磁兼容中線束串?dāng)_及其統(tǒng)計(jì)特性研究

陶華勝　陳歡

摘要：針對(duì)汽車電磁兼容中需要解決的線束串?dāng)_預(yù)測(cè)問題，本文提出了一種能夠在低頻下完成汽車線束串?dāng)_動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)和統(tǒng)計(jì)特性分析的方法。采取該方法，能夠確定汽車線束導(dǎo)線的單位長(zhǎng)度分布參數(shù)，并利用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理完成線束動(dòng)態(tài)串?dāng)_的均值和方差的計(jì)算，從而完成串?dāng)_最差情況的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。通過仿真實(shí)驗(yàn)分析可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用該方法能夠完成汽車線束串?dāng)_的合理預(yù)測(cè)，因此具有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：汽車；電磁兼容；線束串?dāng)_；統(tǒng)計(jì)特性

1.引言

現(xiàn)階段，汽車電磁干擾中最首要的傳導(dǎo)干擾就是線束串?dāng)_。所以在汽車電磁兼容設(shè)計(jì)中，還要實(shí)現(xiàn)線束串?dāng)_的合理預(yù)測(cè)。而線束串?dāng)_與導(dǎo)線在線束中的對(duì)地高度和幾何位置等因素有關(guān)，會(huì)因線束捆扎和汽車運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)串?dāng)_的出現(xiàn)。因此，還要采用一定的方法完成汽車線束串?dāng)_及其統(tǒng)計(jì)特性的合理分析，從而為汽車電磁兼容設(shè)計(jì)提供科學(xué)的參考依據(jù)。

2.汽車電磁兼容中線束串?dāng)_分析

2.1分析模型

在汽車線束安裝的過程中，采用的捆扎方式并不固定。所以在汽車行駛的過程中，受道路工況和汽車狀態(tài)的影響，線束導(dǎo)線位置將發(fā)生改變，從而導(dǎo)致線束導(dǎo)線分布參數(shù)和串?dāng)_發(fā)生變化。在對(duì)線束串?dāng)_問題進(jìn)行分析時(shí)，將采用標(biāo)準(zhǔn)的汽車線束，其半徑為4.5mm，中心對(duì)地高度為25mm，長(zhǎng)度為2m，包含7條導(dǎo)線，導(dǎo)體半徑r為0.5mm，絕緣層材料為聚氯乙烯，材料相對(duì)介電常數(shù)為3.0，絕緣層厚△r=0.5mm。由于汽車線束對(duì)地高度具有不確定性，所以還要利用統(tǒng)計(jì)模型完成串?dāng)_分析與預(yù)測(cè)。假設(shè)導(dǎo)線無耗弱耦合，下圖1為傳輸線等效電路模型，由干擾線、受擾線和參考地構(gòu)成。由于線束內(nèi)擁有較多的導(dǎo)線，并且絕緣層較厚，導(dǎo)線位置變化也較大，所以還要進(jìn)行單位長(zhǎng)度電感矩陣和電容矩陣的求取，以確定線束導(dǎo)線的型號(hào)。根據(jù)干擾線和受擾線的對(duì)地高度h.和h₂以及二者的相對(duì)距離d，則能完成矩陣中各元素的確定，從而得知線束導(dǎo)線型號(hào)。

2.2分布參數(shù)的確定

在確定汽車線束分布參數(shù)時(shí)，還要利用混沌多項(xiàng)式對(duì)干擾線對(duì)地高度、受擾線對(duì)地高度和二者間的相對(duì)距離進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)這三個(gè)參數(shù)服從高斯分布，并且為隨機(jī)獨(dú)立變量，則h₁和h₂在20.5-29.5mm范圍內(nèi)波動(dòng)，d在1.2-7.8mm范圍內(nèi)波動(dòng)。利用汽車線束模型，則能得到h₁=4.5ξ1+25，h₂=4.5ξ2+25，d=3.3ξ3+4.5。

將電感矩陣和電容矩陣展開2階，則能利用混沌多項(xiàng)式得到矩陣中各元素的值。隨著展開階數(shù)的增加，對(duì)應(yīng)的展開項(xiàng)數(shù)也會(huì)增加口。采用同樣的方法，就能完成展開系數(shù)的計(jì)算。而利用汽車線束導(dǎo)線單位長(zhǎng)度電感矩陣和電容矩陣的概率密度，就可以完成導(dǎo)線串?dāng)_的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。在實(shí)際分析時(shí)，需要將Rs、RL、RNE、RFE設(shè)為lkΩ，其他導(dǎo)線終端阻抗設(shè)為50Ω，發(fā)射線激勵(lì)電壓為1v。利用鏡像法原理，則能完成單位長(zhǎng)度電容的計(jì)算，得到下式（1）。

3.導(dǎo)線串?dāng)_統(tǒng)計(jì)特性分析

使用鏡像法進(jìn)行等效電路模型的單位長(zhǎng)度互電容和互電感的獲取，由于多數(shù)現(xiàn)象服從高斯分布，所以能夠假設(shè)對(duì)地高度概率密度函數(shù)服從高斯分布。結(jié)合這一條件，可以利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行導(dǎo)線對(duì)地高度的獲取，從而對(duì)地高度發(fā)生變化時(shí)線束串?dāng)_的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行分析，進(jìn)而完成導(dǎo)線串?dāng)_最差情況的合理預(yù)測(cè)。

3.1分析方法

在對(duì)導(dǎo)線串?dāng)_的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行分析時(shí)，還要對(duì)頻域的串?dāng)_統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行分析。具體來講，就是利用混沌多項(xiàng)式對(duì)導(dǎo)線上的電壓向量和電流向量進(jìn)行處理，然后利用其多項(xiàng)式的相關(guān)性質(zhì)完成串?dāng)_統(tǒng)計(jì)特性的分析。為確定某一特定評(píng)論下的串?dāng)_概率密度函數(shù)，還要將串?dāng)_變化范圍定義為串?dāng)_電壓均值的±3倍方差。根據(jù)多項(xiàng)式的相關(guān)性質(zhì)可知，汽車線束導(dǎo)線串?dāng)_電壓的頻率在1kHz-300MHz范圍內(nèi)，激勵(lì)電壓源為幅值為1v的電頻正弦信號(hào)。在對(duì)線束串?dāng)_的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行分析時(shí)，主要可以對(duì)線束對(duì)地高度發(fā)生變化時(shí)的動(dòng)態(tài)串?dāng)_特性進(jìn)行分析。如果假設(shè)線束對(duì)地高度變量的概率密度函數(shù)符合高斯分布，還要根據(jù)實(shí)際情況完成合適對(duì)地高度變量均值和方差的選取，從而進(jìn)行函數(shù)的描述。如下式（2），式中uc/x為線束對(duì)地高度概率分布中近端串?dāng)_均值，P（x0為線束不同對(duì)地高度對(duì)應(yīng)的概率。在對(duì)線束串?dāng)_統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行分析時(shí)，可以利用下式（3）進(jìn)行特性參數(shù)Uc和σc的計(jì)算。

利用上述方法對(duì)分析模型的線束串?dāng)_統(tǒng)計(jì)特性計(jì)算計(jì)算，需要時(shí)線束對(duì)地高度的概率密度函數(shù)服從u=200mm、σ=100mm的高斯分布。為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)串?dāng)_最差情況的合理預(yù)測(cè)，還應(yīng)將置信水平設(shè)定為80%，即80%的預(yù)測(cè)串?dāng)_值將在以均值U。為中心的±1.25σ。范圍內(nèi)。而采用RDSI算法進(jìn)行線束隨機(jī)性模型的修正，則能更好的體現(xiàn)汽車線束隨機(jī)分布特點(diǎn)，進(jìn)而使線束保持良好連續(xù)性。通過仿真分析，可以得到不同對(duì)地高度模型的近端動(dòng)態(tài)串?dāng)_。采用該種算法，能夠完成線束動(dòng)態(tài)串?dāng)_的靈活預(yù)測(cè)，從而使汽車內(nèi)線束的真實(shí)情況得到反映。而通過對(duì)線束對(duì)地高度的概率密度函數(shù)進(jìn)行調(diào)整，則能完成真實(shí)情況的仿真，進(jìn)而對(duì)汽車線束動(dòng)態(tài)串?dāng)_進(jìn)行可靠預(yù)測(cè)。如下圖2所示，為不同線束對(duì)地高度在低阻抗負(fù)債下線束動(dòng)態(tài)串?dāng)_仿真結(jié)果。通過仿真分析可以發(fā)現(xiàn)，在汽車線束全長(zhǎng)各段實(shí)際對(duì)地高度與預(yù)定高度有較大離散程度的情況下，線束的串?dāng)_值將有所提高。因此在進(jìn)行汽車電磁兼容設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮這一問題。

4.結(jié)語

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，在汽車線束安裝的過程中，無法進(jìn)行線束內(nèi)導(dǎo)線對(duì)地高度的控制。針對(duì)這一情況，可以利用鏡像法進(jìn)行導(dǎo)線單位分布參數(shù)的確定，然后利用線束的統(tǒng)計(jì)特性完成串?dāng)_最差情況的預(yù)測(cè)。從仿真結(jié)果來看，采用該種方法能夠完成串?dāng)_的合理預(yù)測(cè)，所以能夠?yàn)槠囯姶偶嫒菰O(shè)計(jì)提供科學(xué)參考依據(jù)。此外，該種模型也具有一定的靈活性，所以可以結(jié)合實(shí)際情況完成摸參數(shù)的調(diào)整，繼而通過合理預(yù)測(cè)線束串?dāng)_更好的開展電磁兼容設(shè)計(jì)工作。