发动机电控单元PCB电磁敏感度试验-仿真协同定位方法

本发明属于发动机转速传感器电磁防护领域，涉及一种发动机电控单元pcb电磁敏感度试验-仿真协同定位方法。

背景技术：

0、技术背景

1、随着电子控制技术的不断发展，发动机电子控制系统的复杂度和集成度都在不断增加。强电磁脉冲干扰会对发动机电子控制系统的安全性产生巨大威胁，造成系统的控制功能受损甚至完全丧失。特别是电磁脉冲会对发动机电控系统产生较大影响，可能造成发动机运行异常，产生严重后果。

2、发动机控制器作为发动机电控系统的重要组成部分，其电磁敏感特性是发动机电控系统敏感度的主要研究对象。电控单元pcb电源模块相比于信号模块耦合电磁能量更大，更容易发生电磁敏感，产生电磁干扰甚至损伤。电磁脉冲敏感度试验会使受试设备在多次重复脉冲干扰下产生累积效应，也不能快速定位敏感元件和敏感电路。本方法通过分析强电磁脉冲干扰和电控系统之间的电磁耦合特性和耦合效应，快速定位系统的电磁薄弱环节，有利于降低强电磁脉冲对系统造成的干扰和损伤，提升发动机电控系统在强电磁脉冲冲击下的生存能力。

技术实现思路

1、本发明是为了克服现有技术中的不足，提供一种发动机电控单元pcb电磁敏感度试验-仿真协同定位方法，该方法利用数值仿真分析和电磁脉冲敏感度试验验证相结合的方法，快速定位电控单元的电磁敏感部位。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种发动机电控单元pcb电磁敏感度试验-仿真协同定位方法，包括以下步骤：

4、建立发动机控制器pcb仿真计算模型；

5、利用cst软件中的monitor模块监测pcb上不同电子元件的电压响应，添加离散端口，选取脉冲信号等效注入控制器连接针脚上；

6、基于发动机控制器pcb仿真计算模型，分别对控制器电源模块和信号模块在大电流注入下的耦合特性进行仿真；

7、选取电控系统控制器电源线缆和信号线缆进行大电流注入试验，监测不同源端条件下控制器信号模块和电源模块耦合电压信号，验证仿真结果的正确性；

8、基于所建立的发动机控制器pcb仿真计算模型，选取不同频率的脉冲电压信号分别对控制器pcb的其他模块做大电流注入下的耦合特性仿真；

9、根据仿真结果，定位敏感元件和敏感电路。

10、优选的，控制器pcb包括mcu模块、功能模块、复位模块、通信模块、诊断模块，功能是基于发动机燃油控制策略，对外部控制器的信号进行运算、处理并输出所需的控制、驱动信号。

11、优选的，在ad中建立电控单元控制器pcb模型导入cst中，在cst中建立三维模型进行电磁场分析，获取控制器的敏感端口，得到脉冲注入信号与敏感端口之间的传输参数；同时建立控制器箱体与pcb的连接导线。

12、优选的，利用cst软件中的monitor模块监测pcb上不同电子元件的电压响应，并仿真计算得到控制器pcb在脉冲注入条件下的端口耦合响应仿真结果，步骤包括：仿真过程中添加离散端口，选取阻尼正弦脉冲电压信号作为激励源进行等效注入；同时脉冲注入端口直接施加在控制器连接器针脚上，模拟脉冲耦合信号经连接线缆传递至连接器端口，代替试验过程中注入信号在大电流注入探头和线缆之间的耦合传递过程。

13、优选的，电磁脉冲敏感度试验中选取频率为100mhz的脉冲信号对控制器电源模块进行脉冲电压信号等效注入，监测控制器pcb上电源模块输入信号；其中电源模块输入信号电压幅值设置为36v，频率为100mhz。

14、优选的，基于所建立的发动机控制器pcb仿真计算模型，对控制器信号模块进行分析，监测信号模块集成芯片输入端口的电压信号，分析控制器信号模块在大电流注入下的电磁耦合特性；选取频率为100mhz的脉冲信号对控制器转速信号调理模块进行脉冲电压信号等效注入，监测控制器pcb上转速信号调理模块不同位置处耦合电压信号。

15、优选的，大电流注入试验中，选取100mhz频率的阻尼正弦脉冲信号分别对控制器信号线缆和电源线缆(这两个线缆容易做大电流注入，分析可以得到信号模块和电源模块的耦合效果，方便验证仿真的重要性；其余模块不太容易通过试验直接得到耦合特性，所以之后用验证过的模型做仿真分析。)施加注入信号，将注入探头和监测探头放置在控制器连接器附近，探头通过50欧同轴线分别连接在脉冲源和示波器上，高压探头监测控制器输入端口的脉冲耦合信号并传递到示波器进行存储记录。

16、优选的，基于控制器pcb模型选取频率为10khz～100mhz的脉冲电压信号分别对控制器pcb的其他模块做大电流注入仿真研究，研究不同频率不同位置的耦合电压信号。

17、本发明具有以下有益效果：

18、1.建立了发动机电控单元控制器模型，分析得到了控制器pcb在脉冲注入条件下的端口耦合响应。有益效果：为电控单元在大电流注入下的电磁敏感度研究提供了理论依据，可以获得电磁敏感效应、敏感阈值等信息。针对仿真分析得到的典型端口脉冲耦合信号，可以在控制器样机阶段进行辅助设计，为控制器的电磁脉冲防护加固设计提供理论指导。

19、2.传统的大电流注入试验是将脉冲功率信号耦合到受试设备的连接线缆或者线束上，进行电磁敏感度试验，针对发动机电控单元系统集成度高，结构复杂而pcb板体积小、检测探头体积较大，难以实现耦合信号和受试设备的连接，提出一种pcb电磁敏感度试验-仿真协同定位方法。有益效果：降低了试验难度，可以直接对pcb上的微小模块进行研究，有利于快速定位电磁敏感度高的部位，减少电磁脉冲对系统的干扰。

技术特征：

1.一种发动机电控单元pcb电磁敏感度试验-仿真协同定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的发动机电控单元pcb电磁敏感度试验-仿真协同定位方法，其特征在于，控制器pcb包括mcu模块、功能模块、复位模块、通信模块、诊断模块，功能是基于发动机燃油控制策略，对外部控制器的信号进行运算、处理并输出所需的控制、驱动信号。

3.根据权利要求1所述的发动机电控单元pcb电磁敏感度试验-仿真协同定位方法，其特征在于，在ad中建立电控单元控制器pcb模型导入cst中，在cst中建立三维模型进行电磁场分析，获取控制器的敏感端口，得到脉冲注入信号与敏感端口之间的传输参数；同时建立控制器箱体与pcb的连接导线。

4.根据权利要求3所述的发动机电控单元pcb电磁敏感度试验-仿真协同定位方法，其特征在于，利用cst软件中的monitor模块监测pcb上不同电子元件的电压响应，并仿真计算得到控制器pcb在脉冲注入条件下的端口耦合响应仿真结果，步骤包括：仿真过程中添加离散端口，选取阻尼正弦脉冲电压信号作为激励源进行等效注入；同时脉冲注入端口直接施加在控制器连接器针脚上，模拟脉冲耦合信号经连接线缆传递至连接器端口，代替试验过程中注入信号在大电流注入探头和线缆之间的耦合传递过程。

5.根据权利要求1所述的发动机电控单元pcb电磁敏感度试验-仿真协同定位方法，其特征在于，电磁脉冲敏感度试验中选取频率为100mhz的脉冲信号对控制器电源模块进行脉冲电压信号等效注入，监测控制器pcb上电源模块输入信号；其中电源模块输入信号电压幅值设置为36v，频率为100mhz。

6.根据权利要求1所述的发动机电控单元pcb电磁敏感度试验-仿真协同定位方法，其特征在于，基于所建立的发动机控制器pcb仿真计算模型，对控制器信号模块进行分析，监测信号模块集成芯片输入端口的电压信号，分析控制器信号模块在大电流注入下的电磁耦合特性；选取频率为100mhz的脉冲信号对控制器转速信号调理模块进行脉冲电压信号等效注入，监测控制器pcb上转速信号调理模块不同位置处耦合电压信号。

7.根据权利要求1所述的发动机电控单元pcb电磁敏感度试验-仿真协同定位方法，其特征在于，大电流注入试验中，选取100mhz频率的阻尼正弦脉冲信号分别对控制器信号线缆和电源线缆施加注入信号，将注入探头和监测探头放置在控制器连接器附近，探头通过50欧同轴线分别连接在脉冲源和示波器上，高压探头监测控制器输入端口的脉冲耦合信号并传递到示波器进行存储记录。

8.根据权利要求1所述的发动机电控单元pcb电磁敏感度试验-仿真协同定位方法，其特征在于，基于控制器pcb模型选取频率为10khz～100mhz的脉冲电压信号分别对控制器pcb的其他模块做大电流注入仿真研究，研究不同频率不同位置的耦合电压信号。

技术总结
本发明公开一种发动机电控单元PCB电磁敏感度试验‑仿真协同定位方法，选取发动机电控系统在大电流注入下的电磁耦合特性和耦合效应进行研究，分析电控系统控制器在大电流注入下的电磁耦合效应，利用仿真分析和试验验证相结合的方法，得到发动机电控系统在大电流注入下的电磁耦合特性。该方法通过数值仿真分析控制器，研究大电流注入干扰对控制器耦合信号的影响。利用大电流注入试验方法，验证仿真结果，发现仿真结果可靠，于是继续利用该模型深入研究控制器不同模块在不同频率的脉冲信号作用下的耦合特性。通过分析检测单元的电磁敏感效应，寻找控制器主要敏感器件，快速定位敏感元件和敏感电路。该方法降低了防护设计成本，提高了定位速度和效率。

技术研发人员：魏民祥,王紫焱,邢致毓,武子栋,陈鸣涧,余迎松,徐志欣,王成东,黄盟,李玉芳,曹杰
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15