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探秘电磁奥义 | CST电磁场仿真在智能汽车设计中的应用

2024-05-15 来源:杭州华睿 作者:杭州华睿 阅读:431


探秘电磁奥义 | CST电磁场仿真在智能汽车设计中的应用



为什么智能汽车更需要需要电磁仿真


能汽车中的高级驾驶辅助系统利用摄像头、激光雷达等各种技术来确保安全舒适的驾驶体验,各类传感器更是未来实现自动驾驶的基石。在这些技术中,雷达在探测和跟踪物体方面发挥着至关重要的作用。


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当集成到车辆中时,雷达的性能会受到车身及其附近其他部件的影响,包括保险杠、底盘和电缆等。保险杠的材料、形状和厚度以及周围的散射部件传感器对雷达的性能影响很大。在这种需求下,CST电磁和多物理场仿真是不可或缺的。在虚拟环境中验证汽车雷达设计。研究各类传感器集成到车辆中时的性能影响,在实际原型准备好之前模拟现实条件进行仿真分析,有助于在产品开发阶段尽早纳入设计变更并节省成本。在下图我们可以简单对比仿真是如何为企业节约时间和成本的:


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CST工作室套装助力研

    对于智能汽车的天线和传感器组件优化,达索CST(电磁和多物理场仿真软件)工作室套装,能够对天线元件的辐射特性进行仿真,减少实验室中的测试,可以轻松实现以下两个方面的仿真:


1、在多层射频板上设计馈电结构和辐射元件的布局。

2、建立匹配的天线罩,同时浏览复杂的综合传感器模型,其中包括射频板、天线罩、封装、数据连接器、外壳和其他组件。


    CST 中的时域 – FIT 技术是一种功能强大且多功能的求解器,可以在单次运行中进行高精度模拟,因此可以非常有效地解决传感器开发中的上述挑战。



CST仿真验证汽车保险杠对雷达的影响

因为雷达和其他传感器常被安装在汽车的保险杠中,传感器和保险杠之间存在的干扰也是重点仿真对象。保险杠具有复杂的多层结构,以塑料、金属构成的基础层上喷涂有底漆。这些结构产生会对汽车雷达传感器的雷达波造成反射、折射和散射,从而导致雷达传感器性能下降,为开发带来挑战。

因此如何有效减轻保险杠对雷达性能的影响也是CST仿真的一项重要任务,我们通过CST仿真改进保险杠形状、材料和安装角度并进行验证,结果如下图所示:


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CST仿真验证汽车底盘对雷达的影响

由于汽车悬挂和底盘在行驶过程中一直是处于动态变化的过程,雷达波在传感器、底盘和保险杠之间发生的多次反射会导致目标估计不准确,进而发生误报


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通过CST电磁仿真我们可以看到,在更陡的角度下,传感器发射的电磁波与底盘之间的相互作用变得更加明显。


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CST混合求解方式的优势

由于CST仿真继承了车辆的保险杠和底盘,如果采用传统的完整物理解算器进行仿真,虽然精度确实很高,但是网格单元达到约 30 亿个,对计算机的要求很高,完成仿真可能需要半个月左右,降低了整体的开发效率。

在我们的CST工作室套装中,混合功能通过合并各种求解器的优势,在时间限制内实现精度和计算资源之间的平衡,对于复杂计算,采用混合时域求解器和 A 求解器的方法进行解算:


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    对于需要精确计算的部分,例如物理谐振效应,可以采取混合时域求解器。对于优先考虑速度而不是精度的部分,比如底盘中无需那么精确求解的部分,我们可以采取A 求解器,这种混合方法有效地结合了两种方法的优点,提供了两全其美的效果。如下图所示,这种方法显着减少了仿真所需的计算资源和时间:


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CST仿真的高精确性

    我们收集了各种模拟方法与测量结果的准确性比较如下所示,从数字波束形成(DBF)、到达方向(DOA)三方面进行仿真与实际测试的对比。可以看到仿真结果相当精确可靠。


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