Die numerische Simulation physikalischer Effekte gewinnt in der heutigen Automobilentwicklung zunehmend an Bedeutung. Insbesondere die rechentechnische Analyse der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) kann dazu dienen, Probleme bereits vor der Existenz eines ersten Prototypen zu detektieren. Die EMV stellt aufgrund einer zunehmenden Elektrifizierung mechanischer Komponenten und durch stetig anwachsende Datenraten in der modernen Automobilelektronik eine zunehmende Herausforderung dar. Als eine wichtige Ergänzung zur messtechnischen Verifikation müssen Simulationstechniken genau und robust sein. Eine geeignete Modellierung elektromagnetischer Effekte in 3D durch eine äquivalente Schaltkreisdarstellung kann durch die PEEC-Methode erfolgen. In der Regel können die resultierenden Systemmatrizen sehr groß, dicht besetzt und schlecht konditioniert sein. Um die Analyse realistischer Problemstellungen zu ermöglichen, müssen sowohl die Modellierung als auch der Lösungsprozess beschleunigt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Methodologie entwickelt, um eine EMV-Gesamtsimulation mit bedeutend reduzierter Komplexität in Bezug auf CPU-Zeit und Speicherbedarf für die Berechnung von Matrizen zu realisieren. Letzterer Aspekt wird als der kritischste Engpaß in der EMV- Simulation angesehen. Verschiedene Methoden der Modellextraktion und des Lösens wurden untersucht. Direkte Löser sind für einen Einsatz in industriell relevanten Problemstellungen in der Regel nicht effizient genug. Hierarchische Matrizen (H-Matrizen) und das bekannte algebraische Mehrgitterverfahren (AMG) stellen die vielversprechensten Techniken dar, um prinzipiell Simulationen mit annähernd optimaler Komplexität zu ermöglichen. Darüberhinaus erfüllen sie die Genauigkeitsanforderungen und eignen sich für eine parallele Implementierung. Die Allgemeingültigkeit, Robustheit, Flexibilität und Effizienz der vorgestellten Methoden wurden anhand von Problemen aus dem automobilen Umfeld verdeutlicht. Numerische Ergebnisse demonstrieren eine drastische Beschleunigung sowohl der Modellierung als auch des Lösungsprozesses. Die vorgestellten Strategien funktionieren gut in Zeitbereichs- und Frequenzbereichssimulationen und werden als vielversprechend angesehen, um eine EMV-Simulation auf Systemebene zu ermöglichen. Dies macht eine Verknüpfung verschiedenartiger Modelle notwendig, um die physikalischen Effekte von Steuergeräten, Kabelbäumen und der Karosserie zu berücksichtigen.

    The numerical simulation of physical effects gains an enormous significance in today's automotive development process. Particularly the computational analysis of the electromagnetic compatibility (EMC) can help to detect problems already before a first prototype exists. The EMC is increasingly important due to a growing electrification of mechanical components and increased data rates in modern car electronics. As an important extension to the verification by measurement, simulation techniques have to be accurate and robust. A suitable modeling of 3D electromagnetic effects by an equivalent circuit representation can be accomplished by the well-established PEEC method. Typically, the resulting system matrices can be very large, dense and ill-conditioned. To enable the analysis of real-life problems, an acceleration has to be applied to the modeling as well as the solving process. Within the scope of this work, a methodology was developed to realize an overall EMC simulation process with significantly reduced complexity in terms of CPU time and storage demands for the underlying equation system. The latter is assumed to be the most serious bottleneck in EMC simulation. Various methods for model extraction and solving were investigated. Direct solvers usually are not efficient enough to be applicable to industrially relevant problems. Hierarchical matrices (H-matrices) and the well-known algebraic multigrid (AMG) approach are the most promising techniques, allowing simulations with almost optimal complexity, in principle. Moreover, they fulfill the accuracy demands and are suitable for parallel implementation. The generality, robustness, flexibility and efficiency of the proposed methods are shown by means of problems from the automotive environment. Numerical results demonstrate a significant speed-up of the modeling as well as the solution process. The proposed strategies work well in time domain and in frequency domain simulations and are regarded to be promising to enable an automotive EMC simulation on system level. This requires the combination of models of various types to capture the physical effects from components, the cable harnesses and the car chassis.


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    Titel :

    Fast and efficient methods for circuit-based automotive EMC simulation


    Weitere Titelangaben:

    Schnelle und erfolgreiche Verfahren auf der Grundlage von Schaltkreisen zur Simulation der elektromagnetischen Verträglichkeit im Fahrzeug


    Beteiligte:

    Erscheinungsdatum :

    2007


    Format / Umfang :

    246 Seiten, Bilder, Tabellen, 191 Quellen


    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Englisch





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