探秘电磁奥义 | CST电磁场仿真在智能汽车设计中的应用

为什么智能汽车行业比以往更需要需要电磁仿真？

智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。

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：

CST能做到什么？

  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：

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。

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。

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：

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：

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。