随着汽车智能化与电动化的加速推进，车内电子系统日益复杂，电磁兼容（EMC）问题已成为影响车辆功能安全与可靠性的关键挑战。高级驾驶辅助系统（ADAS）、车载通信模块、动力总成电控单元等高密度电子设备共存于狭小空间内，相互之间的电磁干扰（EMI）风险显著上升。传统依赖后期实测与试错的开发模式已难以满足快速迭代的需求，基于仿真的前期预测与风险识别正成为主流研发流程的核心环节。
9月17日，在AspenCore于上海安曼纳卓悦酒店举办的“2025中国国际汽车电子高峰论坛”上，Cadence公司系统仿真事业部资深产品经理吴磊发表了题为“基于ANSA和Clarity的汽车EMC/EMI仿真方案”的主题演讲，系统阐述了当前整车EMC仿真的核心挑战，并介绍了新一代仿真工具Clarity的技术特点、仿真工具和设计工具协同在产品开发中的应用，以及基于数字孪生概念的产品开发。
Cadence系统仿真事业部资深产品经理吴磊
智能化与电气化带来的EMC挑战升级
现代汽车已演变为高度集成的“移动电子平台”，座舱系统、自动驾驶、车联网、电驱系统、车身电子等模块均依赖高频高速信号传输。这些系统在工作时既可能成为干扰源，也可能成为敏感设备，电磁环境空前复杂。
例如，5G通信模块的射频信号可能干扰雷达接收机，大功率电机控制器的开关噪声可能通过线束耦合至传感器回路，导致误触发或功能失效。同时，各国对车辆EMC性能的法规要求日益严格（如ISO 11451、GB/T 33012），车企必须在设计早期就具备准确预测EMI风险的能力。
然而，整车级EMC仿真面临多重技术瓶颈：模型规模庞大（整车仿真域可达8m×3m×3m）、几何细节复杂（包含大量薄壁、缝隙、连接件）、原始CAD数据“脏”（存在缝隙、重叠、非闭合面等问题），导致传统仿真工具在精度、效率和资源消耗之间难以平衡。
传统仿真流程的瓶颈与新方法需求
典型的EMC/EMI仿真流程包括前处理、求解与后处理三个阶段。在汽车行业，通常由不同团队分工协作：建模团队负责前处理，仿真团队负责设置与求解。
然而，现有流程普遍存在以下问题：
几何清理耗时长：原始CAD模型需大量人工修复，易引入误差； 计算资源需求巨大：全车仿真涉及数千万网格，单机内存难以承载； 简化模型影响精度：为降低计算量而过度简化结构，导致结果失真； 求解效率低：大型问题求解时间长达数天，难以支持设计迭代。
部分客户尝试使用传统的仿真工具完成仿真，但面临多轮调试、耗时过长、结果可信度存疑等问题。其他高精度全波仿真工具虽精度高，但受限于计算资源，目前尚无客户成功完成全车级仿真。
新一代仿真架构：ANSA与Clarity的协同优化
为应对上述挑战，Cadence提出了一套基于ANSA前处理平台与Clarity 3D电磁求解器的协同仿真方案，通过流程优化与技术创新，显著提升整车EMC仿真的可行性与效率。
该方案采用“ANSA做前处理+Clarity做求解”的分工模式：ANSA负责几何清理、中面提取、网格划分与模型输出；Clarity负责边界条件设置、材料定义、仿真求解与结果分析。
这一集成流程在三个关键环节实现了突破：
自动化几何清理：ANSA提供专为EMC优化的UI模板，支持自动填充小孔、合并微小面、处理搭接缝等，大幅提升建模效率； 智能网格处理：Clarity采用先进的四面体网格技术，结合混合阶基函数，在保证精度的同时控制网格数量； 分布式并行求解：Clarity内置弹性计算架构，支持跨多台中等配置机器（如16G/32G内存）并行求解，突破单机资源限制。
Clarity核心技术：突破大规模仿真的性能瓶颈
Clarity作为Cadence推出的新一代三维全波电磁场仿真求解器，其核心优势在于解决了“仿不动、仿得慢、精度低”的行业痛点。
该求解器基于有限元法（FEM），求解麦克斯韦方程组，适用于任意三维结构。其最大创新在于采用了区域分解法（Domain Decomposition Method）与分布式并行计算架构。通过将大型电磁问题分解为多个子域，实现矩阵的小型化与并行化处理，从而在有限计算资源下完成超大规模仿真。
这一技术带来了三方面显著提升：
容量突破：不再受限于单机内存，可仿真包含数千万网格的复杂整车模型； 性能加速：相比传统求解器，可实现近10倍的求解速度提升； 精度保障：算法在并行化过程中无精度损失，结果达到“测试设备级”准确性。
此外，Clarity支持与主流设计平台（如Allegro、Virtuoso）无缝集成，避免数据转换过程中的信息丢失。
仿真流程详解：从CAD到结果分析
在实际应用中，该协同仿真流程可分为以下几个步骤：
首先，输入数据通常为CAD或网格模型，常见格式包括包裹模型（Wrapped Model）和中面模型（Middle Surface Model）。目前方案主要支持中面模型——即用二维壳面表示三维薄壁结构，广泛用于汽车级EMC仿真，有助于控制模型复杂度。
如上图所示，典型流程为：从原始CAD出发，在ANSA中生成中面模型，进行几何清理与粗网格划分，输出.aem格式文件供Clarity调用。
进入Clarity后，流程包括：
导入模型：直接加载ANSA输出的.aem文件；
补充建模：可手动绘制或导入其他3D部件（如天线、传感器），但需避免与导入面片发生几何穿透；
添加边界与材料：定义端口、激励、边界条件及材料属性；
设置仿真参数：选择频率范围、求解类型等；
网格划分与求解：Clarity提供Mesh Issue Locator工具辅助定位网格错误（如穿透、流形、高长宽比等）；
结果分析：查看S参数、场分布、计算资源消耗等。
场分布可视化是验证仿真质量的重要手段，可用于评估干扰路径、热点区域及屏蔽效果。
一体化设计平台的价值
Cadence将Clarity定位为其下一代3D系统分析平台的核心组件。通过与ANSA的深度协同，该方案不仅提升了仿真效率，更实现了从设计到分析的闭环优化。
对于汽车OEM而言，这一方案意味着：
可在设计早期识别EMI风险，减少后期整改成本；
支持多方案对比与参数扫描，加速设计迭代；
结合实测数据，建立虚拟验证闭环，提升产品可靠性。
结语：仿真驱动设计，迎接电磁挑战
随着汽车电子系统的复杂度持续攀升，EMC/EMI问题已从“可测试项”转变为“需预测项”。传统的“设计→制造→测试→整改”模式正在被“仿真→优化→验证”的正向设计流程所取代。
Cadence通过整合ANSA的强大前处理能力与Clarity的高性能求解引擎，为整车级EMC仿真提供了更具可行性与效率的解决方案。该方案不仅突破了计算资源与时间成本的限制，更通过自动化与集成化手段，降低了仿真门槛，使EMC分析能够更早、更深地融入产品开发流程。
未来，随着数字孪生与虚拟验证的普及，高精度电磁仿真将成为智能电动汽车研发的标配能力。
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