特開 2024-171755 コンピューターシミュレーション方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024171755

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】コンピューターシミュレーション方法

(51)【国際特許分類】

   G06F 30/398 20200101AFI20241205BHJP

   G01R 31/28 20060101ALI20241205BHJP

   G06F 115/12 20200101ALN20241205BHJP

   G06F 119/10 20200101ALN20241205BHJP

【ＦＩ】

G06F30/398

G01R31/28 F

G06F115:12

G06F119:10

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023088950

(22)【出願日】2023-05-30

(71)【出願人】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001276

【氏名又は名称】弁理士法人小笠原特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 領

(72)【発明者】

【氏名】秋山 清和

(72)【発明者】

【氏名】太田 宙志

(72)【発明者】

【氏名】松本 宙也

【テーマコード（参考）】

2G132

5B146

【Ｆターム（参考）】

2G132AA20

2G132AB08

2G132AC10

2G132AD01

2G132AL11

5B146AA22

5B146DJ04

5B146GL07

5B146GL10

(57)【要約】

【課題】実測値とシミュレーション値との間の乖離を低減して解析精度を向上させてイミュニティ特性を評価することができるコンピューターシミュレーション方法を提供する。
【解決手段】コンピューターが実行するシミュレーション方法であって、通信線路と最小限のグランドとを持った実基板、実基板をコンピューターシミュレーション用にモデル化した基板モデル、３次元の金属と誘電体との構造を持つハーネスモデル、および電力スペクトルの数値データを持つノイズ源モデル、を用い、実基板を用いてノイズ電圧の実測値を取得するステップと、基板モデルを用いてノイズ電圧の解析値を取得するステップと、ノイズ電圧の実測値と解析値との比較結果に基づいて、補正項を導出するステップと、ノイズ源モデルとハーネスモデルとの結合量を補正項で補正してシミュレーションの対象となる基板の解析を実施し、イミュニティ特性を評価するステップと、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンピューターが実行するシミュレーション方法であって、
通信線路と最小限のグランドとを持った実基板、
前記実基板をコンピューターシミュレーション用にモデル化した基板モデル、
３次元の金属と誘電体との構造を持つハーネスモデル、および
電力スペクトルの数値データを持つノイズ源モデル、を用い、
前記実基板を用いてノイズ電圧の実測値を取得するステップと、
前記基板モデルを用いてノイズ電圧の解析値を取得するステップと、
ノイズ電圧の前記実測値と前記解析値との比較結果に基づいて補正項を導出するステップと、
前記ノイズ源モデルと前記ハーネスモデルとの結合量を前記補正項で補正してシミュレーションの対象となる基板の解析を実施し、イミュニティ特性を評価するステップと、を含む、コンピューターシミュレーション方法。

【請求項2】

コンピューターが実行するシミュレーション方法であって、
通信線路と最小限のグランドとを持った実基板、
前記実基板をコンピューターシミュレーション用にモデル化した基板モデル、
３次元の金属と誘電体との構造を持つハーネスモデル、および
電力スペクトルの数値データを持つノイズ源モデル、を用い、
前記実基板を用いて通過特性の実測値を取得するステップと、
前記基板モデルを用いて通過特性の解析値を取得するステップと、
通過特性の前記実測値と前記解析値との比較結果に基づいて補正項を導出するステップと、
前記ノイズ源モデルと前記ハーネスモデルとの結合量を前記補正項で補正してシミュレーションの対象となる基板の解析を実施し、イミュニティ特性を評価するステップと、を含む、コンピューターシミュレーション方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、車載通信の電磁界解析を行う装置におけるシミュレーション方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に、ＢＣＩ（Bulk Current Injection）試験のシミュレーションをより短時間で行えるようにする技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１５４６９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

コンピューターシミュレーションでは、実測値とシミュレーション値との間には少なからず乖離が生じる。よって、イミュニティ特性を正しく評価するためには、実測値とシミュレーション値との間の乖離を極力小さくすることが求められる。

【0005】

本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、実測値とシミュレーション値との間の乖離を低減して解析精度を向上させてイミュニティ特性を評価することができる、コンピューターシミュレーション方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本開示技術の一態様は、コンピューターが実行するシミュレーション方法であって、通信線路と最小限のグランドとを持った実基板、実基板をコンピューターシミュレーション用にモデル化した基板モデル、３次元の金属と誘電体との構造を持つハーネスモデル、および電力スペクトルの数値データを持つノイズ源モデル、を用い、実基板を用いてノイズ電圧または通過特性の実測値を取得するステップと、基板モデルを用いてノイズ電圧または通過特性の解析値を取得するステップと、ノイズ電圧または通過特性の実測値と解析値との比較結果に基づいて、補正項を導出するステップと、ノイズ源モデルとハーネスモデルとの結合量を補正項で補正してシミュレーションの対象となる基板の解析を実施し、イミュニティ特性を評価するステップと、を含む、コンピューターシミュレーション方法である。

【発明の効果】

【0007】

上記本開示のコンピューターシミュレーション方法によれば、ノイズ電圧または通過特性の実測値とシミュレーション値との間の乖離を低減することができ、解析精度を向上させてイミュニティ特性を評価することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本開示の一実施形態に係るコンピューターシミュレーション方法に用いられるシミュレーションモデル装置の概略構成を示す図

【図2】ハーネスモデルの構造を説明する図

【図3】ＢＣＩプローブモデルの構造を説明する図

【図4】コンピューターシミュレーションの処理手順を説明するフローチャート

【図5】補正項を導出する処理の一例を説明するフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明者らは、プローブを含めた系全体を詳細化することなく、簡易なプローブモデルと補正項とによってリーズナブルにＩＣ端に到達するノイズが推定可能であることを見出した。本開示のコンピューターシミュレーション方法は、この適用によって、実測値とシミュレーション値との間の乖離を低減させ、解析精度を向上させてイミュニティ特性を評価する。
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0010】

＜実施形態＞
［構成］
図１は、本開示の一実施形態に係るコンピューターシミュレーション方法に用いられるシミュレーションモデル装置１の概略構成を示す図である。図１に例示したシミュレーションモデル装置１は、第１のＥＣＵモデル１０と、第２のＥＣＵモデル２０と、ＧＮＤプレーン３０と、ハーネスモデル４０と、ＢＣＩプローブモデル５０と、測定環境モデル６０と、補正項７０と、ノイズ源モデル１００と、を備える。

【0011】

第１のＥＣＵモデル１０は、ＩＣモデル１１を含んだ電子制御装置の解析モデルである。このＩＣモデル２１としては、車載通信に用いられる通信ＩＣ（送信ＩＣ）などを例示することができる。ＩＣモデル１１は、コネクタ１２を介してハーネスモデル４０と接続されている。ＩＣモデル１１およびコネクタ１２は、基板１３に実装されている。基板１３のグランド（ＧＮＤ）は、シミュレーションモデル装置１のＧＮＤプレーン３０と電気的に接続されている。

【0012】

第２のＥＣＵモデル２０は、ＩＣモデル２１を含んだ電子制御装置の解析モデルである。このＩＣモデル２１としては、車載通信に用いられる通信ＩＣ（受信ＩＣ）などを例示することができる。ＩＣモデル２１は、コネクタ２２を介してハーネスモデル４０と接続されている。ＩＣモデル２１およびコネクタ２２は、基板２３に実装されている。基板２３のグランド（ＧＮＤ）は、シミュレーションモデル装置１のＧＮＤプレーン３０と電気的に接続されている。

【0013】

ハーネスモデル４０は、複数の電子制御装置を接続するワイヤーハーネスの解析モデルである。シミュレーションモデル装置１では、ハーネスモデル４０は、第１のＥＣＵモデル１０と第２のＥＣＵモデル２０とを接続する。本実施形態のハーネスモデル４０は、３次元の金属と誘電体との構造を持つ。図２は、ハーネスモデル４０の構造を示す垂直断面図である。図２に示すように、ハーネスモデル４０は、２本の通信線４１および通信線４２がシールド４３で囲まれた構造を有する。通信線４１および通信線４２とシールド４３とが３次元の金属であり、通信線４１および通信線４２の外皮とシールド４３の外皮とが誘電体である。

【0014】

ＢＣＩプローブモデル５０は、三次元構造で構築したプローブモデルを簡略化したモデルである。図３は、ＢＣＩプローブモデル５０の簡易構造を示す垂直断面図である。このＢＣＩプローブモデル５０は、ハーネスモデル４０にクランプ接続され、イミュニティ試験におけるノイズ信号を、ノイズ源モデル１００から補正項７０を介してハーネスモデル４０の通信線４１および通信線４２に注入するための構成である。

【0015】

測定環境モデル（または解析環境モデル）６０は、第１のＥＣＵモデル１０、第２のＥＣＵモデル２０、ハーネスモデル４０、およびＢＣＩプローブモデル５０以外の周辺部の環境に関する解析モデルである。この測定環境モデル６０としては、ＧＮＤプレーン３０や接地線などを模したものを例示することができる。なお、測定環境としては、国際無線障害特別委員会（ＣＩＳＰＲ：Comite international Special des Perturbations Radioelectriques）などの規格を想定しているが、車両などの複雑な構造を模してもよい。

【0016】

補正項７０は、シミュレーションモデル装置１を用いて対象となるＥＣＵモデルのシミュレーションを行う際に、ハーネスモデル４０に印加するノイズ（結合量）を補正するための構成である。この補正項７０は、実基板（基準基板）の実測による到達電圧と、実基板をモデル化した評価基板モデルの解析（シミュレーション）による到達電圧との誤差（ノイズ電圧の誤差）に基づいて導出される。この補正項７０を導出する手法については、後述する。

【0017】

ノイズ源モデル１００は、電力スペクトルの情報（数値データ）を持った予め定めた周波数特性の電圧源のモデルである。

【0018】

［制御］
次に、図４をさらに参照して、シミュレーションモデル装置１を用いた本実施形態に係るコンピューターシミュレーション方法を説明する。図４は、対象基板のイミュニティ特性を評価するためのコンピューターシミュレーションの処理手順を説明するフローチャートである。

【0019】

（ステップＳ４０１）
ノイズ源を設定する。本実施形態では、周波数特性を持つ解析時の電圧源としてノイズ源モデル１００を設定する。

【0020】

（ステップＳ４０２）
第１のＥＣＵモデル１０および第２のＥＣＵモデル２０を簡略化する。具体的には、上記ステップＳ４０１で設定したノイズ源に応じて、その周りの回路などを全てＧＮＤ（例えばベタＧＮＤ）にすることなどによってモデルを簡略化する。この簡略化によって、解析量を削減することができる。

【0021】

（ステップＳ４０３）
ＢＣＩプローブモデル５０を作成する。具体的には、図３に例示したような簡略化された構造のＢＣＩプローブモデル５０を作成する。この処理では、ＢＣＩプローブモデル５０の精巧な作り込みは不要である。このＢＣＩプローブモデル５０の簡略化によって、曲率のある金属部を減らして解析量（計算量）を削減することができ、精度の高い解析が可能となる。

【0022】

（ステップＳ４０４）
ＥＣＵ、ハーネス、および測定環境を設定する。具体的には、第１のＥＣＵモデル１０、第２のＥＣＵモデル２０、ハーネスモデル４０、および測定環境モデル６０を、１つのモデルにまとめることを行う。例えば、輻射エミッションのシミュレーションである場合は、ＧＮＤプレーン３０を設けてアンテナ相当の位置で電界を取得するように各モデルが１つにまとめられる。

【0023】

（ステップＳ４０５）
評価基板モデルを用いた電磁界解析を実施する。評価基板モデルは、後述する実基板（基準基板）をコンピューターシミュレーション用にモデル化した基板モデルである。この電磁界解析では、評価基板モデルを用いてシミュレーション（解析）した場合の、受信ＩＣ側に到達するノイズ、すなわち受信ＩＣ端に現れる到達電圧（ノイズ電圧）の解析値が求められる。電磁界解析には、有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ：Finite Difference Time Domain Method）や、有限要素法（ＦＥＭ：Finite Element Method）などを用いることが可能である。

【0024】

（ステップＳ４０６）
実基板（基準基板）を用いた測定を実施する。実基板は、モデリングが容易な通信線路と最小限のグランド（ＧＮＤ）とを持った実際の簡易な基板である。この実基板は、寄生容量が最小となることが望ましい。この測定では、実基板を用いて実測した場合の、受信ＩＣ側に到達するノイズ、すなわち受信ＩＣ端に現れる到達電圧（ノイズ電圧）の実測値が求められる。

【0025】

（ステップＳ４０７）
補正項７０を導出する。この補正項７０は、上記ステップＳ４０５における評価基板モデルのシミュレーション（解析）結果である到達電圧と、上記ステップＳ４０６における実基板（基準基板）の実測結果である到達電圧との比較に基づいて、すなわちノイズ電圧の誤差に基づいて導出される。より具体的には、図５に例示する処理フローに従って補正項７０を導出する。

【0026】

（ステップＳ４０８）
対象となるＥＣＵモデル（第１のＥＣＵモデル１０および第２のＥＣＵモデル２０）を用いた電磁界解析を実施する。この電磁界解析では、ノイズ源モデル１００から出力されるノイズが、上記ステップＳ４０７で導出した補正項７０によって補正された後、ＢＣＩプローブモデル５０を介してハーネスモデル４０に印加される。補正された入力ノイズによる電磁界解析を行い、その結果に基づいてイミュニティ特性を評価する。以上の処置により、コンピューターによるシミュレーション処理が終了する。

【0027】

なお、上記ステップＳ４０７で行う補正項７０の導出では、実測結果をもとにシミュレーション結果と比較するが、複数の実験条件の結果を用いてもよい。複数の解析モデル条件と実測結果とを用いることで、さらなる精度の向上が可能である。

【0028】

また、上記ステップＳ４０７で行う補正項７０の導出では、実測結果をもとにシミュレーション結果と比較するが、同じ条件を複数回取って統計的な処理を行った値を採用してもよい。複数の実験条件の結果を用いることで、実測のばらつきを考慮することができ、さらなる精度の向上が可能である。

【0029】

また、上記ステップＳ４０７で導出する補正項７０は、到達電圧ではなく通過特性であってもよい。通過特性を用いることによって位相の補正を行うことができ、さらなる精度の向上が可能である。

【0030】

さらに、補正項７０を用いて補正を行う位置（補正項７０の配置）は、図１に示すノイズ源モデル１００とＢＣＩプローブモデル５０との間の位置ではなく、到達電圧を推定する第２のＥＣＵモデル２０内のＩＣモデル２１端であってもよい。補正項７０をＩＣモデル２１端に配置することにより、ハーネスモデル４０の差動線路の２線分を補正できるようになり、さらなる精度の向上が可能である。

【0031】

＜作用・効果＞
以上説明したように、本開示の一実施形態に係るコンピューターシミュレーション方法によれば、通信線路と最小限のグランドとを持った実基板、実基板をコンピューターシミュレーション用にモデル化した基板モデル、３次元の金属と誘電体との構造を持つハーネスモデル、および電力スペクトルの数値データを持つノイズ源モデル、を用いる。そして、実基板を用いてノイズ電圧の実測値を取得し、基板モデルを用いてノイズ電圧の解析値を取得し、ノイズ電圧の実測値とノイズ電圧の解析値との比較結果に基づいて補正項を導出し、ノイズ源モデルとハーネスモデルとの結合量を補正項で補正してシミュレーションの対象となる基板の解析を実施し、イミュニティ特性を評価する処理を、コンピューターに実行させる。

【0032】

このように、本コンピューターシミュレーション方法では、プローブを含めた系全体を詳細化することなく、簡易なプローブモデルと補正項とによってリーズナブルにＩＣ端に到達するノイズを推定することが可能となる。これにより、ノイズ電圧の実測値とシミュレーション値との間の乖離を低減することができ、解析精度を向上させてイミュニティ特性を評価することができる。

【産業上の利用可能性】

【0033】

本開示のコンピューターシミュレーション方法は、イミュニティ特性を評価時などの、実測値とシミュレーション値との間の乖離を低減させたい場合に利用可能である。

【符号の説明】

【0034】

１ シミュレーションモデル装置
１０ 第１のＥＣＵモデル
１１ ＩＣモデル
１２ コネクタ
１３ 基板
２０ 第２のＥＣＵモデル
２１ ＩＣモデル
２２ コネクタ
２３ 基板
３０ ＧＮＤプレーン
４０ ハーネスモデル
４１、４２ 通信線
４３ シールド
５０ ＢＣＩプローブモデル
６０ 測定環境モデル
１００ ノイズ源モデル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】