地鐵車輛屏蔽效能建模取值方法研究

摘要：隨著仿真技術的興起，國內外各種商用仿真軟件相繼涌現，給軌道交通領域的仿真分析提供了強有力的工具。地鐵車輛作為電大尺寸目標對象，在屏蔽分析處理上存在諸多難點。文章提出了一種模型處理與屏蔽數據提取方法，用以解決仿真中常見的模型不收斂、耗時長、計算結果浮動等實際技術問題。

關鍵詞：地鐵列車；仿真計算；屏蔽效能；feko

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.06.014

中圖分類號：TN 03，TP 3" " " " " "文獻標志碼：A" " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）06-00-03

Abstract： With the rise of simulation technology， various commercial simulation software have emerged at home and abroad， providing a powerful tool for simulation analysis in the field of rail transit. As an electrically large target object， subway vehicles have many difficulties in shielding analysis and processing. This article provides a method for model processing and shielding data extraction to solve practical technical problems commonly encountered in simulation， such as model non convergence， time-consuming， and floating computational results.

Key words： subway train; simulation calculation; shielding effectiveness; feko

近年來，車輛屏蔽仿真已逐步進入軌道車輛研發設計生產整改的生態系統中。仿真分析在一定程度上可以彌補現場型式試驗帶來的局限性，幫助工程師更好地把握車輛的電磁屏蔽狀態。本文以深圳6支線屏蔽效能仿真項目為例，介紹地鐵車輛屏蔽仿真的建模方法及屏蔽效能分析方案，并歸納分析仿真過程中可能遇到的技術困難及相應處置對策，以期能為后續項目的實施提供參考。

1" 地鐵車輛屏蔽仿真建模要素

1.1 仿真模型構成

地鐵車輛屏蔽仿真對象是車廂本體，以及與其保持物理接觸的車門、門玻璃、貫通道。仿真輸入的主要參考資料是車輛的機械模型，在此基礎上進行電磁模型簡化。

1.2 車廂車門處理方法

車廂車門等結構的原始輸入模型帶有眾多細小結構，在文件導入過程中可能會帶來細小斷面影響仿真計算速度與模型收斂性，因此可將保留基本外形的金屬殼體進行等效替代。可通過Hypermesh軟件，對車體模型進行幾何清理，填補尺寸漏洞，壓縮多余邊，保證模型表面簡化，方便網格剖分[1，2]。

1.3 貫通道處理方法

類同1.2處理方法，保留結構體中的金屬部分并進行一定程度簡化，略去對電磁傳播不會產生影響的非金屬材料。

1.4 玻璃處理方法

對于普通玻璃可以采用不建模的方式。若玻璃有特殊工藝并有相應的測試報告，可通過參數掃描的方式，對涉及的各個頻點進行掃頻優化建模。

2" 屏蔽仿真方法

GB/T 12190-2006把屏蔽效能定義為“沒有屏蔽體時接收到的信號與屏蔽體內接收到的信號的比”[3]。具體方法是：在屏蔽體外放置發射天線及信號發生器，室內放置接收天線及接收設備（頻譜儀、測量接收機、場強檢測儀等），保持天線位置和發射功率不變，屏蔽效能SE等于接收機在無屏蔽室時接收電平值U0和關門接收電平值Uc之比，用分貝數表示如下[4]：

SE=20lg（U0/Uc）" " " " " " " " " " " " " " nbsp; " （1）

從仿真方法的角度來講，即為有無屏蔽體的前后場強衰減的對比。對于仿真軟件，計算會得到一個相應的場強分布云圖或者離散點，且在數值上會呈現一定程度的波動。在軌道車輛模型背景下，該趨勢并不規律。因此需要采用一定的數據后處理手段，設立指標幫助判斷屏蔽情況。

ISO 11451-2-2015建議，可采用多個單探頭離散組合的方式進行校準分析，也可應用于仿真的數值分析[5]。如圖1所示。

因此在仿真中可基于場源輻射面的面積，均勻選取多個點進行仿真數值參考。如圖2所示。

對標型式試驗，選取車門玻璃、車窗玻璃進行仿真計算，分別對應標注區域1、區域2，如圖3所示。

通過在車廂外側對應區域施加2.4 GHz平面波激勵，在車廂內側等高同位置進行場強監測，得到屏蔽效能值。

3" 數據記錄和處理

在區域1和區域2中，參照ISO 11451-2-2015的建議均勻選取5個探針，監測屏蔽前后的電場強度變化情況。

4" 測試數據比對

現場測試數據如圖4所示。經對比，區域1實測屏蔽效能為5.45 dB，區域2實測屏蔽效能為5.37 dB。

仿真數據與實測數據之間存在3 dB的誤差，在工程仿真范疇是可接受的誤差范圍。車廂模型采用外殼代替極大地減小了計算量，所帶來的時間成本收益遠大于產生的誤差損耗，并且避免了模型不收斂的問題。另外，通過多點取樣方法得到的仿真結果，相較于單探頭采樣，表現出更優的穩定性。這與玻璃材料的一致性相符合，更加符合物理實際。

5" 結束語

處理屏蔽效能仿真問題，首先需要進行對機械模型輸入的模型簡化。只保留車廂外殼進行仿真計算也可以得到不錯的計算精度。其次，根據ISO 11451-2-2015的參考建議，需要均勻選取多個采樣點取平均值作為仿真位點的屏蔽效能，以減小計算誤差。面對地鐵車輛等電大尺寸問題，在屏蔽分析處理上，本文介紹的仿真分析方法是有效的。

參考文獻

[1] 王沖，鮑宇，郭加加，等．整車重點區域場強仿真與分析[J]．汽車電器，2021（5）：65-68.

[2] 陳旭，朱杭，魯毅，等．某款汽車整車電磁分布的仿真[J]．重慶理工大學學報（自然科學），2017（10）：28-34.

[3] GB/T 12190-2006，電磁屏蔽室屏蔽效能的測量方法[S]．2006.

[4] 趙敏，常煒．電磁屏蔽室測試區屏蔽效能測試方法探討[J]．電子質量，2021（5）：119-124.

[5] ISO 11451-2-2015，道路車輛來自窄帶輻射電磁能的電氣騷擾的車輛試驗方法 第2部分：車外輻射源[S]．2015.