一種適用于汽車復(fù)雜結(jié)構(gòu)的整車電磁兼容模型建立方法
【專利摘要】本發(fā)明提處一種適用于汽車復(fù)雜結(jié)構(gòu)的整車電磁兼容模型建立方法，采用基于HyperMesh和Matlab軟件平臺的整車CATIA模型簡化和EMC網(wǎng)格模型重構(gòu)技術(shù)，其技術(shù)方案為：首先，利用有限元軟件HyperMesh對復(fù)雜車體各關(guān)鍵部分的CATIA模型進行簡化和網(wǎng)格剖分。然后，開發(fā)Matlab程序提取剖分后的節(jié)點坐標(biāo)數(shù)據(jù)。最后，在Matlab中編寫形成網(wǎng)格模型的VBS程序，重構(gòu)成電磁仿真軟件可以處理的整車EMC模型。本方法可以初步解決整車EMC精細模型與計算機內(nèi)存需求和計算時間之間的矛盾，為汽車開發(fā)過程中快速高效的獲取所需精度的整車EMC模型提供一種行之有效的途徑。
【專利說明】一種適用于汽車復(fù)雜結(jié)構(gòu)的整車電磁兼容模型建立方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車的電磁兼容【技術(shù)領(lǐng)域】。更確切的說，本發(fā)明提出了一種適用于汽車復(fù)雜結(jié)構(gòu)的整車電磁兼容模型的建立方法。

【背景技術(shù)】
[0002]各類電氣和電子設(shè)備在汽車上的廣泛應(yīng)用，使得車內(nèi)的電磁環(huán)境日益復(fù)雜。為降低車內(nèi)電氣設(shè)備之間的相互電磁干擾影響，保證整車的電磁兼容(EMC)性能，滿足國家/國際電磁兼容法規(guī)及用戶對安全可靠性和舒適性等方面的要求，在車型項目開發(fā)過程中，對汽車的電磁兼容問題進行建模和優(yōu)化分析就顯得尤為重要。目前針對汽車電磁兼容的仿真建模大多集中在零部件級和分系統(tǒng)級的研究，整車系統(tǒng)級的仿真幾乎沒有。其主要原因是整車結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，很難建立起既能保證一定的計算精度又能兼顧一定計算效率的整車EMC模型。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的以上問題，提供一種適用于汽車復(fù)雜結(jié)構(gòu)的整車電磁兼容模型建立方法，采用基于HyperMesh和Matlab軟件平臺的整車CATIA模型簡化和EMC網(wǎng)格模型重構(gòu)技術(shù)，初步解決整車EMC精細模型與計算機內(nèi)存需求和計算時間之間的矛盾，為汽車開發(fā)過程中快速高效的獲取所需精度的整車EMC模型提供一種行之有效的途徑。
[0004]本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0005]一種適用于汽車復(fù)雜結(jié)構(gòu)的整車電磁兼容模型建立方法，其技術(shù)方案為:首先，利用有限元軟件HyperMesh對復(fù)雜車體各關(guān)鍵部分的CATIA模型進行簡化和網(wǎng)格剖分。然后，開發(fā)Matlab程序提取剖分后的節(jié)點坐標(biāo)數(shù)據(jù)。最后，在Matlab中編寫形成網(wǎng)格模型的VBS程序,重構(gòu)成電磁仿真軟件可以處理的整車EMC模型。
[0006]本發(fā)明包括以下四個主要步驟:
[0007]第一步驟:整車外形特點分析與拆分；
[0008]第二步驟:基于HyperMesh的模型簡化；
[0009]第三步驟:網(wǎng)格剖分和整車網(wǎng)格數(shù)據(jù)提??；
[0010]第四步驟:基于Matlab的整車EMC模型重構(gòu)。
[0011]具體過程描述如下:
[0012]步驟一:整車外形特點分析與拆分
[0013]首先將整車CATIA模型按其幾何特點拆分為若干關(guān)鍵部件，關(guān)鍵部件包括引擎蓋、發(fā)動機、側(cè)翼板、車門、車架、車頂棚、后箱蓋和底盤；然后對各個關(guān)鍵部件在HyperMesh中進行單獨處理。
[0014]步驟二:基于HyperMesh的模型簡化
[0015]將拆分后的整車各關(guān)鍵部件的CATIA模型導(dǎo)入HyperMesh中，對于包含倒角、倒圓、以及由線條圍成的小面積這類小幾何特征進行清理:
[0016]對于倒角較小而且是獨立結(jié)構(gòu)，直接刪除；倒圓一般連接著幾個面，當(dāng)作小面積特征來處理；對于其它不會影響基本結(jié)構(gòu)的小面積特征，將其某些邊刪除使之形成設(shè)定值以上面積結(jié)構(gòu)。
[0017]步驟三:網(wǎng)格剖分和整車網(wǎng)格數(shù)據(jù)提取
[0018]設(shè)置網(wǎng)格單元大小σ，滿足f_ = c/10 σ，f_為最高頻率，c為自由空間波速，進行網(wǎng)格剖分；剖分完成后，輸出各個處理完成的關(guān)鍵部件的網(wǎng)格數(shù)據(jù)；然后導(dǎo)入所有部件的網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件，合并各部件銜接處的相同節(jié)點，獲得整車Abaqus格式的網(wǎng)格數(shù)據(jù)。
[0019]步驟四:基于Matlab的整車EMC模型重構(gòu)
[0020]Hypermesh輸出的Abaqus格式的網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件包括三個部分:文件頭、節(jié)點信息、單元信息，模型重構(gòu)需要的是三角形單元的節(jié)點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，因此需從網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件中提取節(jié)點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，存入文本文件以便Hfss可以讀取，方法如下:
[0021](I)利用Matlab語言編程提取單元信息段中每個單元的三個節(jié)點編號:按順序從單元信息段的隊列中提取出單元i對應(yīng)的節(jié)點，讀取其三個頂點的編號nodel，node2,node3 ；
[0022](2)由編號遍歷節(jié)點信息段提取節(jié)點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，存為文本文件:在節(jié)點信息段中尋找單元i的三個節(jié)點的坐標(biāo)(Xil, Yu, zn), (xi2, Yi2, z12), (xi3, yi3, zi3);將單元i對應(yīng)節(jié)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)按行輸出到文本文件中；
[0023](3)將在Matlab中二次開發(fā)獲得的整車VBS腳本文件在對應(yīng)的電磁仿真軟件中打開，即可獲得適用于電磁兼容仿真的整車模型。
[0024]采用本發(fā)明方法，可以獲得滿足精度要求的整車EMC仿真模型，有效解決了整車EMC精細模型與計算機內(nèi)存需求和計算時間之間的矛盾，為汽車開發(fā)過程中快速高效的獲取所需精度的整車EMC模型提供了一種行之有效的途徑。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是整車電磁兼容模型建立流程示意圖；
[0026]圖2是整車Abaqus網(wǎng)格模型示意圖；
[0027]圖3是整車電磁兼容仿真模型示意圖。

【具體實施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明方法的實現(xiàn):
[0029]參見圖1，整車電磁兼容模型建立方法包括以下步驟:
[0030]第一步:整車外形特點分析與拆分
[0031]汽車復(fù)雜的車體幾何三維模型主要是面向機械性能分析，包含有大量的局部細節(jié)，對于電磁場仿真來說，很多細節(jié)沒有必要，也不可能完全進行建模，那會帶來龐大的網(wǎng)格數(shù)量，無法計算。因此，必須對整車實際的復(fù)雜結(jié)構(gòu)模型進行適當(dāng)?shù)暮喕湍Ｐ蛢?yōu)化。
[0032]由于在汽車的CAD、CAE和CAM等領(lǐng)域CATIA軟件具有強大的功能，目前整車的三維結(jié)構(gòu)模型一般是基于CATIA軟件環(huán)境的。為此，首先將整車CATIA模型按其幾何特點拆分為若干關(guān)鍵部件，重點關(guān)注引擎蓋、發(fā)動機、側(cè)翼板、車門、車架、車頂棚、后箱蓋和底盤等金屬部分，然后，對各個部件在HyperMesh中進行單獨處理。
[0033]第二步:基于HyperMesh的模型簡化
[0034]拆分后的整車各關(guān)鍵部件CATIA模型導(dǎo)入HyperMesh中后，包含了很多倒角、倒圓、以及由線條圍成的小面積等小幾何特征。在HyperMesh進行剖分時這些小特征會產(chǎn)生很多細小的三角網(wǎng)格，不僅會在仿真時增加計算時間與內(nèi)存需求，還會產(chǎn)生奇異網(wǎng)格，影響計算精度。因此，在保證不改變部件基本形狀的基礎(chǔ)上，需要對這些小特征進行清理。
[0035]倒角較小而且是獨立結(jié)構(gòu)，直接刪除不會影響到計算結(jié)果。倒圓一般連接著幾個面，不能直接刪除，可當(dāng)作小面積特征來處理。對于其它不會影響基本結(jié)構(gòu)的小面積特征，將其某些邊刪除使之形成設(shè)定值以上的較大的面積結(jié)構(gòu)。
[0036]清理的方式如下:通過在HyperMesh軟件中設(shè)置目標(biāo)網(wǎng)格單元大小(TargetElement Size),并選擇自動清理(Auto Clean Up),將小于設(shè)定值(target element size)的部分自動刪除。自動清理結(jié)束后，大部分的小幾何特征都將被清理掉，但仍會留下一些會形成小面積單元的線條，因此需要進一步清理?？牲c擊快速編輯面板(Quick Edit)對模型中的線(Line)和點(Point)等進行手動處理,利用toggle edge命令刪除剩下的少許線條，使它們成為設(shè)定值以上的較大面積結(jié)構(gòu)，提升模型結(jié)構(gòu)精度。
[0037]第三步:網(wǎng)格剖分和整車網(wǎng)格數(shù)據(jù)獲取
[0038]完成部件的模型簡化處理后，進行網(wǎng)格剖分(Mesh)，設(shè)置合適的網(wǎng)格單元大小(Element Size)和剖分類型。由于受計算機內(nèi)存和仿真時間的限制，不可能將網(wǎng)格大小σ取得很小，一般滿足fmax = c/10 σ即可，fmax為最高頻率，c為自由空間波速。剖分完成后，輸出此部件的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，并對其它部件進行相同處理和網(wǎng)格剖分。導(dǎo)入所有部件的網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件，合并各部件銜接處的相同節(jié)點，從而確保電連續(xù)性，以獲得整車Abaqus格式的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，如圖2所示。
[0039]第四步驟:基于Matlab的整車網(wǎng)格模型重構(gòu)
[0040]目前大多的電磁仿真軟件都不能直接處理Abaqus格式的網(wǎng)格數(shù)據(jù)，所以通過開發(fā)Matlab程序提取HyperMesh中輸出的Abaqus格式的整車網(wǎng)格數(shù)據(jù)，重構(gòu)為適用于電磁仿真的整車EMC模型。
[0041]Hypermesh輸出的整車網(wǎng)格數(shù)據(jù)包括三個部分:文件頭、節(jié)點信息、單元信息。首先，利用Matlab語言編程提取單元信息段中每個單元的三個節(jié)點編號，然后，再由編號遍歷節(jié)點信息段提取節(jié)點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，存為文本文件。最后，將在Matlab中二次開發(fā)獲得的整車VBS腳本文件在對應(yīng)的電磁仿真軟件中打開，即可獲得適用于電磁兼容仿真的整車模型，如圖3所示。
[0042]具體過程如下:
[0043](I)利用Matlab語言編程提取單元信息段中每個單元的三個節(jié)點編號:按順序從單元信息段的隊列中提取出單元i對應(yīng)的節(jié)點，讀取其三個頂點的編號nodel，node2,node3 ；
[0044](2)由編號遍歷節(jié)點信息段提取節(jié)點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，存為文本文件:在節(jié)點信息段中尋找單元i的三個節(jié)點的坐標(biāo)(Xil, Yu, zn), (xi2, Yi2, z12), (xi3, yi3, zi3);將單元i對應(yīng)節(jié)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)按行輸出到文本文件中；
[0045](3)將在Matlab中二次開發(fā)獲得的整車VBS腳本文件在對應(yīng)的電磁仿真軟件中打開，即可獲得適用于電磁兼容仿真的整車模型。MATLAB編程實現(xiàn)的程序如附錄1:
[0046]①先執(zhí)行第一部分程序，提取出所有的節(jié)點信息，再運行第二部分程序提取各個部件單元的節(jié)點坐標(biāo)數(shù)據(jù)；
[0047]②MATLAB輸出的節(jié)點數(shù)據(jù)按行存入.txt文件，一行為一個三角形單元三個節(jié)點的x，y，z坐標(biāo)數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)之間用逗號隔開(不能出現(xiàn)其他符號)，否則，在hfss運行腳本文件建模時將無法讀取節(jié)點數(shù)據(jù)而報錯；
[0048]③程序中涉及到的文件，如在MATLAB的工作目錄下無須寫路徑，否則須寫文件路徑。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于汽車復(fù)雜結(jié)構(gòu)的整車電磁兼容模型建立方法，包括以下步驟: 步驟一:整車外形特點分析與拆分 首先將整車CATIA模型按其幾何特點拆分為若干關(guān)鍵部件，關(guān)鍵部件包括引擎蓋、發(fā)動機、側(cè)翼板、車門、車架、車頂棚、后箱蓋和底盤；然后對各個關(guān)鍵部件在HyperMesh中進行單獨處理； 步驟二:基于HyperMesh的模型簡化 將拆分后的整車各關(guān)鍵部件的CATIA模型導(dǎo)入HyperMesh中，對于包含倒角、倒圓、以及由線條圍成的小面積這類小幾何特征進行清理: 對于倒角較小而且是獨立結(jié)構(gòu)，直接刪除；倒圓一般連接著幾個面，當(dāng)作小面積特征來處理；對于其它不會影響基本結(jié)構(gòu)的小面積特征，將其某些邊刪除使之形成設(shè)定值以上面積結(jié)構(gòu)； 步驟三:網(wǎng)格剖分和整車網(wǎng)格數(shù)據(jù)提取 設(shè)置網(wǎng)格單元大小σ，滿足f_ = c/10 σ，f_為最高頻率，c為自由空間波速，進行網(wǎng)格剖分；剖分完成后，輸出各個處理完成的關(guān)鍵部件的網(wǎng)格數(shù)據(jù)；然后導(dǎo)入所有部件的網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件，合并各部件銜接處的相同節(jié)點，獲得整車Abaqus格式的網(wǎng)格數(shù)據(jù)； 步驟四:基于Matlab的整車EMC模型重構(gòu) Hypermesh輸出的Abaqus格式的網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件包括三個部分:文件頭、節(jié)點信息、單元信息，模型重構(gòu)需要的是三角形單元的節(jié)點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，因此需從網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件中提取節(jié)點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，存入文本文件以便Hfss可以讀取，方法如下: (1)利用Matlab語言編程提取單元信息段中每個單元的三個節(jié)點編號:按順序從單元信息段的隊列中提取出單元i對應(yīng)的節(jié)點，讀取其三個頂點的編號nodel, node2, node3 ； (2)由編號遍歷節(jié)點信息段提取節(jié)點坐標(biāo)數(shù)據(jù)，存為文本文件:在節(jié)點信息段中尋找單元i的三個節(jié)點的坐標(biāo)(Xil, Yu, zn), (xi2, yi2, zi2), (xi3, yi3, zi3);將單元i對應(yīng)節(jié)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)按行輸出到文本文件中； (3)將在Matlab中二次開發(fā)獲得的整車VBS腳本文件在對應(yīng)的電磁仿真軟件中打開，即可獲得適用于電磁兼容仿真的整車模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于汽車復(fù)雜結(jié)構(gòu)的整車電磁兼容模型建立方法，其特征在于，所述小幾何特征的清除是通過設(shè)置目標(biāo)網(wǎng)格單元大小，并采用自動清理方式，將小于設(shè)定值的部分自動刪除。根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于汽車復(fù)雜結(jié)構(gòu)的整車電磁兼容模型建立方法，其特征在于，對于留下的小于設(shè)定值的單元，采用點擊快速編輯面板(QuickEdit)對模型中的線和點，進行手動處理，使它們成為設(shè)定值以上的面積結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】G06F17/50GK104408261SQ201410736689
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月6日
【發(fā)明者】李旭, 熊榮飛, 郭迪軍, 陳渝, 吳存學(xué), 吳仁鋼 申請人:重慶長安汽車股份有限公司