域集中式EE架构的车载网络EMI建模分析及整改技术研究

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jiangrc123
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近年来,汽车功能越来越丰富,汽车部件之间的交互越来越频繁,传统的基于CAN(Controller Area Network)总线的分布式电子电气架构(Electrical/Electronic Architecture,EEA)已不能适应汽车功能的发展,采用通信速率更高的CAN-FD(CAN with Flexible Data rate)总线的域集中式电子电气架构被提出。更高的总线速率意味着电平变化更加频繁,高频能量更多,易引发电磁兼容问题。为此,本文以域集中式电子电气架构为对象,在仿真分析不同车载网络协议对EMI(Electromagnetic Interference)贡献的基础上,对CAN-FD总线的EMI进行了建模与分析,并对整改方案效果进行了综合评价及验证,具体内容如下:本文以包含CAN/CAN-FD和车载以太网的域集中式电子电气架构为对象,通过仿真对不同通信协议的辐射发射贡献进行了分析。在结合通信协议标准与节点收发器特性,设置单位比特波形形状参数的基础上,采用随机二进制序列产生的电压波形作为不同车载网络协议节点端口的激励源。通过对不同协议激励源的频域分布特性、产生的辐射大小及不同模式干扰电流大小进行分析,明确了主要贡献源及其干扰模式。CAN-FD总线通讯信号具有随机无序的特点,进而导致难以直接建立其干扰源模型。为此,本文考虑到后续需要对总线的EMI问题进行整改,应当在总线EMI较大时,即周期性发送跳变最多报文的情况下,进行总线干扰源的建模。结合收发器特性及总线速率,构建单个电平波形函数表达式,结合总线参数及报文编码规则,组合出总线时域波形函数,完成CAN-FD总线干扰源的建模。进一步,通过分析CAN-FD总线的共模干扰耦合路径,建立了共模干扰电流计算模型。在时域及频域上通过实验验证了总线EMI模型的正确性及准确性,最终获得了参数化的CAN-FD总线的EMI模型,并利用该模型对比了不同报文内容、分析了总线参数对EMI的影响,为车载网络EMI问题的分析及整改提供了基础。最后,由于CAN-FD总线的节点数量多、整改手段之间的组合规模大,本文考虑了多种整改手段,根据选定的整改手段仅对源做出变化的特点,通过多端口网络实现源与耦合路径解耦,将电磁场仿真转化为代数计算,加快整改方案效果的计算。同时,本文从影响度和敏感度两个角度对各个节点的贡献程度进行分析,利用熵权法进行归一化打分排序,实现问题节点的定位。由于整改方案在降低辐射的同时会对CAN-FD总线的波形质量及数据传输能力造成影响,本文结合波形评价机制及通信能力评估方法,综合考虑了三种指标,进行了整改方案效果的综合排序。为提高整改方案选择的合理性,通过构建分层评价机制,实现了结合主观及客观因素的整改方案评估。在最优整改方案的应用下,完成了对车载网络辐射超标问题的整改。
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