EMC Simulation on the Way to Top
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EMC Simulation on the Way to Top
CST European Automotive Workshop 2015 EMC Simulation on the Way to Top Dr.-Ing. Uwe Neibig, Dipl.-Ing. Claus Schmiederer Claus Schmiederer Robert RobertBosch BoschGmbH, GmbH AE/EMC-P1 1 AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 Outline 2 Our today’s talk Automotive challenges Evolution of EMC simulation at Bosch EMC simulation at Bosch Major key enablers Our vision, our mission AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 Our today’s talk “EMC simulation on the way to become a standard method in the EMC development of the Bosch Business Sector Mobility Solutions (BBM)” Bosch Business Sector Mobility Solutions (BBM) Interconnected Mobility 3 Autonomous Driving Power Train and Electrification AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 Safety eMobility Automotive challenges Complexity Hybridization Connetivity Challenges for car makers and suppliers Among other things … require appropriate methods and tools In our case the EMC simulation 4 AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 Evolution of EMC simulation at Bosch Bosch Business Sector Mobility Solutions System Level Subsystem Level ≈ 2008 Component Level ≈ 1996 very first application, but only for single tasks -root cause analyses -EMC concept: design & integration Current implementation Our claim: Established as standard method for upcoming challenges with focus on: EMC on system level (considering interactions to functionality, thermal design, …) Reference testing (shift of segments from measurements to simulation) 5 AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 EMC simulation at Bosch Review board EMC Research projects Corporate Research EMC development on product level Advanced EMC engineering Automotive Business Units Non Automotive Business Units Bosch EMC Center of Competence @AE/EMC Working Group EMC Simulation One central node across all Bosch Business Divisions for EMC simulation 6 Chairman: AE/EMC1 Dr. Neibig Common work to define standards for EMC simulation: • • • • Methods used Modeling Best practices ….. AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 EMC simulation in the BBM: factors Product Classes • • • • Power Electronics Electronic Control Units Electrical Drives Sensors Goals • • • • • • Concept Study Root Cause Analysis Resonance Analysis Comparison of variants Optimization … Levels • System • Network • Geometry Bosch Business Sector Mobility Solutions (BBM) 7 AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 EMC simulation in the BBM: example 1 Product Classes Direct Radiation of EC Motors up to 10 MHz • Electrical Drives Levels Goals Radiated emission measurement, example PCE • Network • Geometry • Root Cause Analysis D.U.T.: Pump Cooling Engine (PCE) 8 AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 EMC simulation in the BBM: example 1 3D Model of CISPR25 setup Model of D.U.T. Receiving rod antenna 100 mm D.U.T. 100 mm High impedance resistor Ground plane 100 mm 100 mm 9 AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 EMC simulation in the BBM: example 1 Network Model (e.g. SABER), capacitances calculated electro-statically Comparison to measurement UANT Root cause: electro-static coupling between loop halves and rod antenna 10 AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 EMC simulation in the BBM: example 2 Product Classes Low-Voltage Filter in a Power Electronic Module • Power Electronics Levels • Geometry Goals Measurement result of transmission factor |S 21 | • Optimization D.U.T. 11 AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 EMC simulation in the BBM: example 2 3D Model Measurement vs. 3D Simulation Very good agreement between measurement and simulation result 12 AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 EMC simulation in the BBM: example 2 3D Model, optimized geometry Original vs. Optimized Design, 3D Simulation Optimization results in considerable improvement of filter attenuation! 13 AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 Major key enablers • Do we have the proper methods & tools ? • Does the tool chain fit ? • Interfaces to other domains ? • Fast and accurate enough ? • Always “First Time Right” ? • Reliable like measurements ? • Are component models from vendor available ? • Are the right modeling standards defined ? Success is no accident 14 AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 Key enabler #1 “Methods & Tools” a. Methods defined b. Preferred tools defined But: No satisfactory interface between the tools Real co-simulation missing circuit electronic mechanic thermal 3D field Harmonized interfaces between domains and their tools are required 15 AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 Key Enabler #2 “Model availability” a. Model structures defined b. Vendor delivers component model • • • • Project specific modeling Modular model structure (frequency, accuracy) Status Necessary but not established Model availability and quality vary widely, depending on vendor and components group Component model = Bottleneck Especially non-linear & active components it’s a long way Simulation model delivered by component vendors must become standard 16 AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 Key Enabler #3 “Efficiency & Accuracy” Major basic requirements 1. Continuous maturity level assessment for method & model 2. Reusable, well validated & documented models available 3. Virtual workbenches available 4. Optimal tool chain and interfaces see Key Enabler #1 5. Reliable component models see Key Enabler #2 The term “EMC simulation” must be synonymous for efficiency & accurately 17 AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 Our vision, our mission Upcoming EMC requirements require a consistent strengthening and a consistent use of model-based development. EMC simulation will be the leading key method in EMC development EMC simulation on the highway to fulfill today’s and future challenges! 18 AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. CST European Automotive Workshop 2015 Thank you for your attention!. 19 AE/EMC-Neibig, -Schmiederer | 23.11.2015 | © Robert Bosch GmbH 2015. Alle Rechte vorbehalten, auch bzgl. jeder Verfügung, Verwertung, Reproduktion, Bearbeitung, Weitergabe sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.