探秘電磁奧義 | CST電磁場仿真在智能汽車設(shè)計中的應(yīng)用
探秘電磁奧義 | CST電磁場仿真在智能汽車設(shè)計中的應(yīng)用
為什么智能汽車更需要需要電磁仿真
智能汽車中的高級駕駛輔助系統(tǒng)利用攝像頭、激光雷達等各種技術(shù)來確保安全舒適的駕駛體驗，各類傳感器更是未來實現(xiàn)自動駕駛的基石。在這些技術(shù)中，雷達在探測和跟蹤物體方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
當(dāng)集成到車輛中時，雷達的性能會受到車身及其附近其他部件的影響，包括保險杠、底盤和電纜等。保險杠的材料、形狀和厚度以及周圍的散射部件傳感器對雷達的性能影響很大。在這種需求下，CST電磁和多物理場仿真是不可或缺的。在虛擬環(huán)境中驗證汽車雷達設(shè)計。研究各類傳感器集成到車輛中時的性能影響，在實際原型準備好之前模擬現(xiàn)實條件進行仿真分析，有助于在產(chǎn)品開發(fā)階段盡早納入設(shè)計變更并節(jié)省成本。在下圖我們可以簡單對比仿真是如何為企業(yè)節(jié)約時間和成本的：
CST工作室套裝助力研發(fā)
對于智能汽車的天線和傳感器組件優(yōu)化，達索CST（電磁和多物理場仿真軟件）工作室套裝，能夠?qū)μ炀€元件的輻射特性進行仿真，減少實驗室中的測試，可以輕松實現(xiàn)以下兩個方面的仿真：
1、在多層射頻板上設(shè)計饋電結(jié)構(gòu)和輻射元件的布局。
2、建立匹配的天線罩，同時瀏覽復(fù)雜的綜合傳感器模型，其中包括射頻板、天線罩、封裝、數(shù)據(jù)連接器、外殼和其他組件。
CST 中的時域 – FIT 技術(shù)是一種功能強大且多功能的求解器，可以在單次運行中進行高精度模擬，因此可以非常有效地解決傳感器開發(fā)中的上述挑戰(zhàn)。
CST仿真驗證汽車保險杠對雷達的影響
因為雷達和其他傳感器常被安裝在汽車的保險杠中，傳感器和保險杠之間存在的干擾也是重點仿真對象。保險杠具有復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)，以塑料、金屬構(gòu)成的基礎(chǔ)層上噴涂有底漆。這些結(jié)構(gòu)產(chǎn)生會對汽車雷達傳感器的雷達波造成反射、折射和散射，從而導(dǎo)致雷達傳感器性能下降，為開發(fā)帶來挑戰(zhàn)。
因此如何有效減輕保險杠對雷達性能的影響也是CST仿真的一項重要任務(wù)，我們通過CST仿真改進保險杠形狀、材料和安裝角度并進行驗證，結(jié)果如下圖所示：
CST仿真驗證汽車底盤對雷達的影響
由于汽車懸掛和底盤在行駛過程中一直是處于動態(tài)變化的過程，雷達波在傳感器、底盤和保險杠之間發(fā)生的多次反射會導(dǎo)致目標估計不準確，進而發(fā)生誤報
通過CST電磁仿真我們可以看到，在更陡的角度下，傳感器發(fā)射的電磁波與底盤之間的相互作用變得更加明顯。
CST混合求解方式的優(yōu)勢
由于CST仿真繼承了車輛的保險杠和底盤，如果采用傳統(tǒng)的完整物理解算器進行仿真，雖然精度確實很高，但是網(wǎng)格單元達到約 30 億個，對計算機的要求很高，完成仿真可能需要半個月左右，降低了整體的開發(fā)效率。
在我們的CST工作室套裝中，混合功能通過合并各種求解器的優(yōu)勢，在時間限制內(nèi)實現(xiàn)精度和計算資源之間的平衡，對于復(fù)雜計算，采用混合時域求解器和 A 求解器的方法進行解算：
對于需要精確計算的部分，例如物理諧振效應(yīng)，可以采取混合時域求解器。對于優(yōu)先考慮速度而不是精度的部分，比如底盤中無需那么精確求解的部分，我們可以采取A 求解器，這種混合方法有效地結(jié)合了兩種方法的優(yōu)點，提供了兩全其美的效果。如下圖所示，這種方法顯著減少了仿真所需的計算資源和時間：
CST仿真的高精確性
我們收集了各種模擬方法與測量結(jié)果的準確性比較如下所示，從數(shù)字波束形成（DBF）、到達方向（DOA）三方面進行仿真與實際測試的對比。可以看到仿真結(jié)果相當(dāng)精確可靠。
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