Simulación electromagnética automotriz: Cómo Simcenter 3D Electromagnetics respalda la ingeniería de vehículos eléctricos, compatibilidad electromagnética (EMC), antenas y vehículos conectados.

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Respuesta directa:
La simulación electromagnética automotriz ayuda a los ingenieros a predecir campos magnéticos, pérdidas, interferencia electromagnética, rendimiento de antenas y efectos de acoplamiento antes de que se construyan prototipos físicos. En el caso de Electromagnetismo 3D de SimcenterEl valor reside en una cadena de herramientas integrada que admite Análisis de motores de baja frecuencia y electrónica de potencia, Simulación de antenas y compatibilidad electromagnética de alta frecuencia, y flujos de trabajo multifísicos en todo el desarrollo de vehículos modernos. Siemens presenta Simcenter como un entorno CAE integrado que abarca electromagnetismo, estructuras, termodinámica y otros dominios físicos.Software de Siemens para Industrias Digitales)

• Electromagnetismo 3D de Simcenter se entiende mejor como un cadena de herramientas electromagnéticas para automoción, no es un solucionador independiente.
• Cubre baja frecuencia casos de uso como motores eléctricos, inversores, transformadores y sensores, y alta frecuencia Casos de uso como EMC, antenas, V2X y comunicación inalámbrica.Software de Siemens para Industrias Digitales)
• Su valor automotriz se basa en ciclos de desarrollo más cortos, menor coste de prototipos y mejor calidad del producto.
• Las aplicaciones de vehículos más potentes son Sistemas de propulsión de vehículos eléctricos, cumplimiento de la normativa EMC automotriz, ubicación de antenas de vehículos y análisis de carga inalámbrica/vehículos conectados..
• Se vuelve más poderoso cuando está vinculado a NX CAD, Teamcenter, simulación multifísica y automatización de flujos de trabajo. (Software de Siemens para Industrias Digitales)

Los vehículos modernos no sufren de un problema electromagnético aislado a la vez. Un motor de tracción crea ondulaciones de fuerza electromagnética y calor. Un inversor conmutado se convierte en una fuerte fuente de interferencia. Un arnés de cables actúa como una ruta de acoplamiento no deseada. Una antena de techo se comporta de una manera en el espacio libre y de otra cuando está montada en una carrocería real. Por eso los equipos automotrices están pasando de la resolución de problemas basada en pruebas a diseño basado en simulación en una etapa anterior del ciclo de desarrollo.

Autor: Johnny Liu, director ejecutivo de Dowway Vehicle
Última actualización: 16 de marzo de 2026
Palabra clave principal: simulación electromagnética automotriz
Tipo de artículo: Página de clúster
Nota del sector: Este artículo está dirigido a ingenieros y profesionales del desarrollo de productos. Las decisiones finales en materia de regulación, certificación y cumplimiento normativo deben verificarse mediante las pruebas físicas y las normas aplicables.

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¿Por qué la simulación electromagnética automotriz se está volviendo fundamental en el desarrollo de vehículos modernos?

La simulación electromagnética en el sector automotriz se está volviendo crucial debido a que el entorno eléctrico de los vehículos es cada vez más denso, rápido e interconectado. La transición hacia la electrificación, la inteligencia artificial y la conectividad implica que el rendimiento electromagnético ahora afecta no solo la eficiencia, sino también la seguridad, la fiabilidad, la comodidad, la integridad de los sensores y la estabilidad de las comunicaciones.

Su informe de origen describe correctamente el contexto de la industria. Las plataformas de vehículos están evolucionando rápidamente hacia:

• electrificaciónArquitecturas eléctricas de batería e híbridas
• inteligencia: ADAS y sistemas avanzados de control electrónico
• conectividadV2X, telemática, 5G y redes vehiculares
• funcionalidad inalámbricaPlataformas con alta densidad de antenas y escenarios de carga inalámbrica

Esto crea un entorno electromagnético en el vehículo que es cada vez más:

• alta frecuencia
• fuente múltiple
• fuertemente acoplados

En términos prácticos de ingeniería, eso significa varios problemas recurrentes:

• Interferencias electromagnéticas procedentes de sistemas de propulsión eléctrica que perturban la electrónica de a bordo.
• Fallos de compatibilidad electromagnética en unidades de control electrónico (ECU), sensores y arneses.
• El rendimiento de la radiación de la antena cambia después de la instalación en el vehículo.
• La calidad de la comunicación disminuye debido al acoplamiento o a una mala ubicación.
• fugas de carga inalámbrica que deben mantenerse dentro de los límites de seguridad humana
• La fuerza electromagnética y el comportamiento de las pérdidas reducen la eficiencia y aumentan el NVH (ruido, vibración y aspereza).

El modelo de desarrollo tradicional—Construir hardware, ejecutar pruebas, encontrar problemas, modificar el diseño y repetir.—aún tiene su lugar, pero es demasiado lento y demasiado caro para seguir siendo la estrategia principal. Siemens posiciona a Simcenter como un entorno de simulación integrado que ayuda a impulsar el desarrollo de productos hacia una predicción más temprana, un análisis entre dominios y una ingeniería habilitada para gemelos digitales.recursos.sw.siemens.com)

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¿Qué es Simcenter 3D Electromagnetics?

Simcenter 3D Electromagnetics es la capacidad electromagnética dentro del ámbito más amplio. Simcenter 3D Plataforma de simulación. Está diseñada para soportar el análisis electromagnético dentro del mismo entorno utilizado para otras disciplinas de ingeniería, incluyendo estructuras, análisis térmico, acústica y simulación a nivel de sistema. Siemens describe Simcenter 3D como un entorno CAE unificado y totalmente integrado para la ingeniería de rendimiento de productos complejos y multidisciplinarios.Software de Siemens para Industrias Digitales)

En la ingeniería automotriz, eso importa porque los problemas electromagnéticos rara vez son independientes de:

• geometría y embalaje
• condiciones térmicas
• vibración estructural
• disposición del arnés
• comportamiento operativo a nivel de sistema
• gestión de datos del ciclo de vida

Según su informe, Simcenter 3D Electromagnetics funciona como un Cadena de herramientas de I+D automotriz de proceso completo en lugar de un solucionador de campos de propósito único. Es compatible con:

1. simulación a nivel de partes Para motores, imanes, bobinas, estructuras de blindaje, antenas, transformadores y sensores.
2. análisis a nivel de subsistema para inversores, ECU, mazos de cables, rutas de cables y conjuntos de comunicación
3. evaluación a nivel de vehículo para compatibilidad electromagnética (CEM), efectos de instalación de antenas e interacciones electromagnéticas de plataforma completa.

Es especialmente valioso porque respalda una ciclo de diseño-simulación-iteración en el que los cambios CAD se pueden reflejar rápidamente en el modelo de simulación, reduciendo el trabajo de reconstrucción manual y permitiendo un flujo de trabajo de ingeniería más ajustado. Siemens también destaca la integración con el ecosistema de ingeniería digital más amplio, incluida la gestión de datos de simulación basada en Teamcenter y la conectividad del flujo de trabajo a través de otras soluciones Simcenter.Software de Siemens para Industrias Digitales)

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¿Cómo está estructurada la cadena de herramientas de electromagnetismo 3D de Simcenter?

El informe define la cadena de herramientas mediante una arquitectura de tres capas, y esa es la forma más clara de explicar su lógica de ingeniería.

Capa base: geometría, materiales y preprocesamiento

En la parte inferior de la pila se encuentra la base del modelo. Según su informe, esta capa se basa en el núcleo NX CAD y Motor de geometría Parasolid, con soporte para importar modelos CAD automotrices convencionales como CATIA, UG/NX y SolidWorks.

Esta capa admite:

• Importación directa de archivos CAD de vehículos y componentes.
• simplificación geométrica
• reparación geométrica
• preparación del modelo electromagnético
• generación de malla

Eso suena básico, pero no lo es. En proyectos automotrices reales, el CAD en bruto a menudo no está listo para el análisis. Los ingenieros necesitan eliminar elementos redundantes como pequeños orificios, redondeos y chaflanes menores, preservando al mismo tiempo las estructuras que realmente controlan el comportamiento electromagnético, incluyendo:

• bobinados
• espacios de aire
• núcleos de hierro
• imanes permanentes
• características de blindaje
• costuras de cierre
• estructuras radiantes de antenas

El informe también señala que la cadena de herramientas incluye una biblioteca de materiales orientada al sector automotriz con más de 300 materiales de uso común, abarcando parámetros tales como:

• permeabilidad magnética
• conductividad eléctrica
• constante dieléctrica

También permite definir materiales personalizados para que coincidan con piezas reales de automóviles, como núcleos, bobinados, materiales de blindaje y plásticos.

Capa de simulación principal: electromagnetismo de baja y alta frecuencia.

La capa de simulación principal se divide en dos módulos principales:

• Electromagnetismo de baja frecuencia
• Electromagnetismo de alta frecuencia

Esta división se ajusta bien a las necesidades reales del sector automovilístico.

El módulo de baja frecuencia Se centra en componentes como:

• sistemas de accionamiento eléctrico
• transformadores
• sensores
• componentes electromecánicos

Admite los siguientes tipos de simulación:

• campo magnético estático
• campo magnético armónico
• campo magnético transitorio

El módulo de alta frecuencia Se centra en:

• antenas de vehículos
• Compatibilidad electromagnética (CEM) / Interferencia electromagnética (EMI)
• comunicación inalámbrica
• radiación y dispersión
• comportamiento de acoplamiento en sistemas de vehículos

El material oficial de Siemens confirma que Simcenter 3D para electromagnetismo integra solucionadores de baja frecuencia y una variedad de solucionadores de alta frecuencia para fenómenos de propagación de ondas. Siemens también destaca los métodos basados ​​en el tiempo y la frecuencia, las capacidades de elementos finitos y elementos de contorno, y casos de uso específicos de EMC y conectividad.Software de Siemens para Industrias Digitales)

Capa de aplicación: soluciones de ingeniería automotriz

La capa de aplicación convierte la plataforma en un flujo de trabajo automotriz. Según su informe, admite la ingeniería basada en escenarios para:

• Optimización electromagnética del sistema de propulsión de vehículos eléctricos
• Análisis de conformidad electromagnética del vehículo
• Optimización del diseño de antenas
• Simulación electromagnética de carga inalámbrica
• análisis de la comunicación en vehículos conectados
• flujos de trabajo multifísicos que involucran efectos térmicos y estructurales

Aquí es también donde Simcenter 3D Electromagnetics cobra relevancia para la ingeniería digital automotriz en general. Siemens posiciona las soluciones de integración de Simcenter en torno a la conexión de dominios de simulación, optimización y flujos de trabajo de hilos digitales, en lugar de mantener el CAE aislado.Software de Siemens para Industrias Digitales)

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¿Qué capacidades técnicas básicas hacen que el conjunto de herramientas sea útil para los ingenieros automotrices?

Esta cadena de herramientas destaca por combinar una amplia gama de frecuencias, flexibilidad en la resolución de problemas, integración, capacidad multifísica y automatización en un único entorno de ingeniería.

Cobertura de frecuencia completa

Su informe indica que la cadena de herramientas admite simulación electromagnética desde De 1 Hz a 100 GHz. Esa es una forma sólida de definir su valor automotriz porque los programas de vehículos abarcan ambos:

• problemas electromagnéticos de baja frecuencia tales como motores, inversores y sensores
• problemas electromagnéticos de alta frecuencia tales como antenas, comunicación V2X y EMC

Esa gama de plataformas únicas es especialmente importante en los vehículos modernos, donde diferentes equipos pueden necesitar estudiar campos de motor dentro del mismo programa general que también resuelve problemas de ubicación de antenas o de interferencia electromagnética (EMI).

Algoritmos de simulación de alta precisión

El informe menciona varios métodos numéricos:

• FEM
• BEM
• FDTD

También hace hincapié en la elección adaptativa del solucionador en función del problema.

Esto es importante porque un estudio de saturación de motor de baja frecuencia y un problema de recinto radiante de alta frecuencia no se benefician exactamente del mismo tratamiento numérico. Siemens describe asimismo una cartera de solucionadores especializados que abarcan los dominios de tiempo y frecuencia, el comportamiento lineal y no lineal, y los enfoques de elementos finitos y de elementos de contorno.Software de Siemens para Industrias Digitales)

Integración perfecta con los flujos de trabajo de desarrollo automotriz.

Una de las principales ventajas descritas en su informe es la capacidad de conectar la simulación directamente con el proceso de desarrollo. Cuando se modifican los datos CAD, los modelos de simulación pueden actualizarse sin necesidad de un ciclo completo de remallado y reconstrucción desde cero. El ecosistema más amplio de Siemens también admite la gestión de datos de simulación y flujos de trabajo conectados a través de Teamcenter y las soluciones de integración de Simcenter relacionadas.Software de Siemens para Industrias Digitales)

Acoplamiento multifísico

Su informe destaca una de las fortalezas de ingeniería más importantes de la plataforma: acoplamiento multifísico.

Se refiere específicamente a:

• acoplamiento electromagnético-térmicocomo el calentamiento del bobinado y el aumento de temperatura causado por pérdidas electromagnéticas
• acoplamiento electromagnético-estructuralcomo vibraciones y ruido causados ​​por la fuerza electromagnética

Esto es importante porque los resultados puramente electromagnéticos pueden ser engañosos si se separan de las condiciones térmicas y estructurales que dan forma al comportamiento en el mundo real.

Automatización y personalización

El informe también señala el apoyo a la automatización a través de Archivos de diario y guionización con DO# y Pitón, habilitando:

• flujos de trabajo de simulación automatizados
• estudios por lotes
• plantillas específicas de la empresa
• procesos de ingeniería estandarizados

Esto resulta especialmente útil para las empresas automovilísticas que necesitan ejecutar variantes de diseño repetidas, evaluar múltiples alternativas de embalaje o aplicar estándares de simulación internos a gran escala. Siemens destaca por separado la automatización del flujo de trabajo y la exploración del espacio de diseño a través de Simcenter HEEDS y soluciones de integración más amplias.Software de Siemens para Industrias Digitales)

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¿Cómo contribuye Simcenter 3D Electromagnetics al desarrollo de sistemas de propulsión para vehículos eléctricos?

Simcenter 3D Electromagnetics respalda el desarrollo de sistemas de propulsión de vehículos eléctricos al permitir un análisis electromagnético detallado de los mismos. motor, inversor y subsistemas electromecánicos relacionados al inicio del proceso de diseño. Esto ayuda a los equipos de ingeniería a optimizar la eficiencia, la densidad de potencia, las pérdidas, el comportamiento NVH (ruido, vibración y aspereza) y la compatibilidad electromagnética antes de las pruebas físicas.

El informe identifica correctamente el sistema de propulsión eléctrica como componente fundamental en vehículos de nueva energía. Su rendimiento electromagnético afecta directamente a:

• eficiencia del motor
• densidad de potencia
• Comportamiento del par y la fuerza
• respuesta acústica y de vibración
• Comportamiento EMI del inversor
• calidad general de la integración del sistema

Por qué el sistema de propulsión eléctrica es un problema electromagnético central

En los vehículos eléctricos e híbridos, la unidad de propulsión ya no es solo una fuente de energía mecánica. Es, al mismo tiempo, un problema electromagnético, térmico, estructural y de control. El diseño electromagnético de la máquina influye en:

• producción de par
• saturación magnética local
• fuerzas del rotor y del estator
• pérdida de hierro y pérdida de cobre
• carga térmica
• ondulación de fuerza que puede producir ruido o vibración

Incluso pequeñas decisiones de diseño —combinaciones de ranuras/polos, geometría del imán, topología del bobinado, excitación de corriente o tratamiento del entrehierro— pueden cambiar sustancialmente el rendimiento.

Flujo de trabajo típico de simulación de accionamiento de vehículos eléctricos

Su informe describe un flujo de trabajo de ingeniería práctico que debe conservarse íntegramente:

1. Modelado geométrico y preprocesamiento

Los modelos CAD del motor y del inversor se importan al entorno. Los ingenieros simplifican los detalles redundantes, como chaflanes o agujeros diminutos, al tiempo que conservan estructuras críticas desde el punto de vista electromagnético, entre las que se incluyen:

• bobinados
• núcleo de hierro
• imanes permanentes
• entrehierro
• caminos conductores

2. Configuración del material y las condiciones de contorno.

Los ingenieros seleccionan los parámetros del material de la biblioteca integrada o definen materiales personalizados para:

• materiales básicos
• materiales conductores
• imanes permanentes
• aislamiento
• materiales de blindaje

A continuación se definen las condiciones límite y los parámetros de funcionamiento, entre los que se incluyen:

• corrientes de bobinado
• Densidad de flujo magnético de imanes permanentes
• velocidad
• carga
• propiedades magnéticas no lineales
• efectos de histéresis donde sea necesario

3. Generación de malla

El informe destaca mallado adaptativo, con refinamiento de malla local en regiones críticas como:

• el entrehierro del motor
• bobinados
• áreas de concentración de campo localizadas

Esto ayuda a mantener la precisión de la simulación sin que el cálculo general resulte innecesariamente costoso.

4. Resolver la configuración

Dependiendo de la pregunta de diseño, el flujo de trabajo puede utilizar:

• análisis magnético estático
• análisis magnético armónico
• análisis magnético transitorio

Estos tipos de resolución se utilizan para calcular resultados clave como:

• distribución del campo magnético
• fuerza electromagnética
• pérdida de hierro
• pérdida de cobre
• fuerza electromotriz inversa
• distribución de la densidad de flujo local

5. Análisis de resultados y optimización del diseño

Los resultados se visualizan e interpretan mediante herramientas de postprocesamiento. Los ingenieros pueden localizar puntos débiles como:

• densidad de flujo local excesiva en el núcleo
• grandes pérdidas por bobinado
• distribución desigual del flujo en el entrehierro
• ondulación de alta fuerza
• características de diseño que limitan la eficiencia

La optimización puede implicar cambios en:

• Combinación de ranura/poste
• disposición en espiral
• dimensiones del imán permanente
• dirección de magnetización
• Disposición estructural de la máquina

Caso práctico de ingeniería del informe

Su informe incluye un ejemplo detallado y valioso. En un caso de desarrollo de vehículos eléctricos que involucra a motor síncrono de imanes permanentesLa simulación reveló una distribución no uniforme del flujo en el entrehierro que provocó una pulsación excesiva de la fuerza electromagnética y problemas de NVH (ruido, vibración y aspereza).

Los cambios de diseño reportados incluyeron:

• cambiar la combinación ranura/polo de 24 ranuras / 8 postes a 36 ranuras / 12 postes
• ajustando el dirección de magnetización
• ajustando el espesor de los imanes permanentes
• optimizar el disposición en espiral

Los resultados reportados fueron:

• Reducción del 35% en la ondulación de la fuerza electromagnética
• Reducción de 4 dB(A) en el ruido del motor
• Mejora del 2,3% en la eficiencia del motor.

Ese ejemplo refleja el valor fundamental del diseño de sistemas de propulsión eléctrica basado en simulaciones: no se trata solo de observar los campos, sino de convertir la información obtenida en una mejora de diseño cuantificable.

Marcador de posición de la figura:
Figura 1. Simulación electromagnética 3D de Simcenter de la distribución del campo magnético del sistema de propulsión de vehículos eléctricos (gráfico de contorno de la densidad de flujo).

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¿Cómo ayuda Simcenter 3D Electromagnetics con el cumplimiento de la normativa EMC en el sector automotriz y la supresión de interferencias?

Simcenter 3D Electromagnetics ayuda con la compatibilidad electromagnética (EMC) en el sector automotriz, ya que permite a los ingenieros modelar los efectos radiados y conducidos antes de las pruebas formales, identificar las rutas de acoplamiento dominantes y optimizar el blindaje, la conexión a tierra, el diseño de la carcasa y el enrutamiento del cableado en una etapa temprana del ciclo de diseño.

Esto es cada vez más importante porque los vehículos modernos transportan muchos dispositivos electrónicos:

• sensores ADAS
• sistemas de infoentretenimiento para vehículos
• Módulos V2X
• unidades telemáticas
• cámaras
• Radar
• ECUs
• Módulos TPMS

Como señala el informe, los productos automotrices deben cumplir con los requisitos de compatibilidad electromagnética (CEM), tales como: GB/T 21437 y CISPR 25. La IEC afirma que CISPR 25:2021 contiene límites y procedimientos de medición para perturbaciones radioeléctricas en el rango de frecuencia desde De 150 kHz a 5925 MHz para proteger los receptores a bordo. (webstore.iec.ch)

Escenarios de EMC cubiertos en el flujo de trabajo

Su informe identifica las categorías clave de compatibilidad electromagnética (CEM):

• Emisión radiactiva (ER)
• Emisión conducida (EC)
• Susceptibilidad/Inmunidad a la Radiación (SR)
• Susceptibilidad/Inmunidad Conducida (CS)

Se trata de una estructura útil porque refleja la forma en que los equipos de compatibilidad electromagnética de vehículos evalúan tanto el comportamiento de la fuente como la robustez de la víctima.

Flujo de trabajo típico de simulación de compatibilidad electromagnética (CEM) en el sector automotriz

1. Construya un modelo electromagnético del vehículo o subsistema.

Los ingenieros importan el vehículo completo o un subsistema relevante, como por ejemplo:

• Carcasa de la ECU
• módulo sensor
• arnés de cableado
• soporte de protección
• Estructuras de chasis/carrocería de vehículos

El modelo debe capturar los elementos más relevantes para el comportamiento de la compatibilidad electromagnética (CEM), especialmente:

• enrutamiento del arnés
• estructuras de protección
• costuras de cierre
• senderos terrestres
• proximidad entre agresores y víctimas

El informe señala específicamente que los datos del arnés de cables generados en Capital Se puede importar para un enrutamiento 3D más preciso y una representación de cables/propiedades. La guía de soluciones de Siemens también menciona la importación directa de mazos de cables desde el software Capital, incluyendo la generación automática de rutas 3D y la asignación de propiedades de cable para el análisis EMC.recursos.sw.siemens.com)

2. Defina las fuentes de ruido y los dispositivos sensibles.

Los ingenieros especifican agentes agresores como:

• inversor
• motor
• radar del vehículo
• electrónica de potencia conmutada

También definen dispositivos sensibles como:

• Antena GPS
• cámara
• Sensor TPMS
• módulos de control de bajo ruido

3. Realizar un análisis electromagnético de alta frecuencia.

El solucionador se utiliza para calcular:

• distribución de la radiación
• intensidad de acoplamiento a lo largo de los arneses
• Nivel de exposición en dispositivos sensibles
• fugas de campo desde los recintos
• picos de resonancia o emisión sobre frecuencia

4. Optimizar las medidas de mitigación de la compatibilidad electromagnética (CEM).

Basándose en los resultados, los ingenieros pueden mejorar:

• estructura de protección
• material de blindaje
• sellado conductor
• espaciado de cables
• ruta de enrutamiento
• diseño de puesta a tierra
• control de fugas en el recinto

Casos de ingeniería del informe

Caso de emisión de radiación de la ECU

En un caso, una ECU automotriz superó los límites de emisiones radiadas en el De 100 MHz a 500 MHz rango de frecuencia. La simulación demostró que el rendimiento del blindaje era insuficiente debido a que la radiación de la placa de circuito impreso interna se filtraba a través de las aberturas de la carcasa.

Los pasos de optimización descritos incluyeron:

• cambiar el material de la carcasa de aleación de aluminio ordinaria a aleación de aluminio conductora
• agregando sellado adhesivo conductor en los huecos del cerramiento
• mejorar el Estrategia de puesta a tierra de PCB

El resultado fue un reducción de 20 dBμV/m en emisión radiada, lo que permite que la ECU cumpla con el objetivo. CISPR 25 Requisito descrito en el informe.

Caso de inmunidad a la interferencia del TPMS

El informe también describe un caso de sensor de presión de neumáticos en el que se comparó la simulación:

• una configuración de arnés sin blindaje
• una configuración de arnés blindado

Al optimizar el diseño del blindaje del arnés, el rendimiento de inmunidad del sensor mejoró en más del 30%.

Estos casos son importantes porque demuestran que los fallos de compatibilidad electromagnética (CEM) a menudo se deben a detalles de diseño (espacios, enrutamiento, transiciones de blindaje y conexión a tierra), y no solo a la intensidad del campo magnético en abstracto.

Marcador de posición de la figura:
Figura 2. Simulación electromagnética 3D de Simcenter para la emisión de radiación de la ECU montada en el vehículo (espectro en el dominio de la frecuencia).

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¿Cómo mejora Simcenter 3D Electromagnetics el diseño de las antenas de los vehículos y el rendimiento de las comunicaciones?

Simcenter 3D Electromagnetics mejora la ingeniería de antenas al permitir que los equipos simulen el rendimiento de la radiación, los efectos de la instalación y el acoplamiento electromagnético en el contexto del vehículo completo. Esto ayuda a optimizar la ubicación, el espaciado y la orientación de la antena antes de que comience la costosa resolución de problemas de radiofrecuencia a nivel del vehículo.

Las antenas de los vehículos son fundamentales para:

• navegación
• telemática
• servicios conectados
• comunicación 5G
• Comunicación V2X
• recepción de transmisión

Pero en los vehículos modernos, una antena no es un componente de radiofrecuencia independiente. Su rendimiento está determinado por:

• geometría del cuerpo
• vaso
• estructuras de montaje
• aparatos electrónicos cercanos
• otras antenas
• enrutamiento de cables
• orientación de la instalación

Flujo de trabajo típico de la antena del vehículo

1. Crea el modelo de antena.

El informe señala que los ingenieros pueden:

• Importar modelos CAD de antenas
• Utilice plantillas de antena integradas, como modelos de dipolo o de tipo parche.
• Modelar el comportamiento de una antena equivalente utilizando representaciones de fuentes electromagnéticas.

Los tipos de antenas relevantes en el informe incluyen:

• antenas GPS
• Antenas 5G
• Antenas V2X

2. Construir el entorno completo del vehículo.

Se importa el modelo completo del vehículo, conservando las estructuras que influyen en la radiación electromagnética, incluyendo:

• superficies corporales
• ventanas
• electrónica instalada
• estructuras conductoras cercanas

La geometría no crítica se simplifica para mejorar la eficiencia de la resolución.

3. Realizar análisis de alta frecuencia

Los ingenieros evalúan resultados tales como:

• patrón de radiación
• ganar
• VSWR
• nivel de acoplamiento con otras antenas
• interacción con módulos electrónicos cercanos

4. Optimizar la ubicación de la antena

La simulación luego guía los cambios a:

• ubicación de la antena
• espaciamiento entre antenas
• orientación
• estrategia de montaje

Caso práctico de ingeniería del informe

Su informe fuente presenta un caso específico que involucra el acoplamiento entre un Antena 5G para vehículos y un Antena GPSlo que provocó una señal GPS débil y redujo la precisión del posicionamiento.

La simulación demostró que:

• El espaciado entre las antenas era menos de 30 cm
• Sus direcciones de radiación se superponían significativamente.

Los pasos de optimización fueron:

• aumentar el espaciado a 50 cm
• Ajustando la orientación de la antena

Los resultados reportados fueron:

• Reducción del 40% en la interferencia de acoplamiento electromagnético
• Aumento de 15 dB en la intensidad de la señal GPS.
• desviación de simulación a prueba de menos de 3 dB

Este último punto es especialmente importante. Para los equipos de ingeniería automotriz, la credibilidad depende no solo de la velocidad de la simulación, sino también de una correlación aceptable entre la simulación y las pruebas físicas.

El informe también señala que la herramienta puede simular el rendimiento de la radiación de la antena bajo diferentes posiciones de la carrocería del vehículo, lo que ayuda a garantizar un rendimiento de comunicación estable durante el funcionamiento real del vehículo.

Marcador de posición de la figura:
Figura 3. Simulación electromagnética 3D de Simcenter del patrón de radiación de una antena 5G montada en un vehículo (gráfico polar 3D).

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¿Cómo admite el conjunto de herramientas la carga inalámbrica y los escenarios electromagnéticos de vehículos conectados?

El mismo conjunto de herramientas permite resolver tanto problemas de transferencia de energía de baja frecuencia como problemas de comunicación de alta frecuencia, lo cual es cada vez más importante a medida que los vehículos incorporan carga inalámbrica y tecnologías de vehículos conectados.

El informe destaca específicamente carga inalámbrica y redes de vehículos / V2X como parte del cambiante entorno electromagnético de la industria automotriz.

Carga inalámbrica

La carga inalámbrica plantea dos desafíos de ingeniería interrelacionados:

• mantener una transferencia de energía electromagnética eficiente
• controlar las fugas electromagnéticas para que cumpla con los requisitos de seguridad humana

Debido a que los sistemas de alimentación inalámbrica generan campos electromagnéticos significativos, los ingenieros necesitan simulaciones no solo para el rendimiento de la transferencia, sino también para el control de la exposición y las fugas.

Comunicación de vehículos conectados

Los vehículos conectados plantean un desafío diferente. Los sistemas V2X, telemáticos, GPS y 5G operan en bandas de frecuencia donde el rendimiento de la antena, los efectos de la carrocería y el acoplamiento afectan significativamente la calidad de la comunicación.

Por eso es importante contar con una cadena de herramientas electromagnéticas de espectro completo: los problemas automotrices de baja y alta frecuencia forman parte cada vez más de la misma plataforma.

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¿Cómo mejora el acoplamiento multifísico la precisión en la fabricación de automóviles en el mundo real?

El acoplamiento multifísico mejora la precisión, ya que el comportamiento electromagnético en los vehículos rara vez es independiente de la temperatura, la estructura, la vibración o las condiciones de funcionamiento del sistema. Un resultado electromagnético puro puede ser útil, pero un resultado acoplado suele estar más cerca del comportamiento real del producto en servicio.

Su informe menciona específicamente dos modos de acoplamiento.

Acoplamiento electromagnético-térmico

Esto es importante en componentes como:

• motores eléctricos
• bobinados
• electrónica de potencia
• dispositivos magnéticos que producen pérdidas

Las pérdidas electromagnéticas generan calor. El calor altera las propiedades de los materiales y afecta su rendimiento. El informe menciona específicamente:

• calentamiento del bobinado
• aumento de temperatura causado por pérdidas electromagnéticas

Esto hace que el acoplamiento electromagnético-térmico sea necesario cuando las decisiones de diseño deben reflejar las temperaturas de funcionamiento reales en lugar de las suposiciones ideales de laboratorio.

Acoplamiento electromagnético-estructural

Esto es importante cuando la fuerza electromagnética provoca:

• vibración
• ruido
• efectos relacionados con la deformación en el funcionamiento

El informe señala específicamente la vibración del motor y el ruido generado por la fuerza electromagnética. Esto es particularmente relevante en los vehículos eléctricos, donde la ausencia de un motor hace que el ruido de la propulsión eléctrica sea más perceptible.

Por qué el análisis basado en una sola física suele ser insuficiente

Una simulación de dominio único puede pasar por alto comportamientos importantes como:

• un diseño de motor que parece eficiente electromagnéticamente pero que se calienta demasiado
• un patrón de fuerza que provoca vibraciones estructurales y problemas acústicos
• una carcasa que parece aceptable eléctricamente pero que presenta fugas una vez que se incluyen los detalles mecánicos.

Por eso, el informe considera la capacidad multifísica como un diferenciador técnico fundamental, en lugar de un complemento secundario.

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¿Cómo mejoran la automatización y la personalización los flujos de trabajo empresariales en el sector automotriz?

La automatización hace que la cadena de herramientas sea escalable. En el desarrollo automotriz, los ingenieros no resuelven un único modelo académico una sola vez. Realizan estudios repetidos en diferentes variantes de producto, puntos de operación, opciones de empaquetado y revisiones de diseño.

El informe señala que respalda lo siguiente:

• Automatización basada en diarios
• programación a través de DO#
• programación a través de Pitón
• reutilizable plantillas personalizadas
• procesos de simulación estandarizados por la empresa

Esto es valioso por varias razones:

• Los pasos de simulación repetidos pueden automatizarse.
• La evaluación por lotes de variantes se vuelve práctica.
• Las reglas de modelado interno pueden estandarizarse.
• La calidad de la ingeniería se vuelve más repetible.
• El tiempo de respuesta se reduce en todas las líneas de productos.

Siemens también hace hincapié en la automatización del flujo de trabajo y la exploración del diseño en su cartera de integración Simcenter y en su oferta HEEDS, lo que se alinea con el enfoque del informe en la eficiencia a escala empresarial en lugar de la simulación manual aislada.Software de Siemens para Industrias Digitales)

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¿Qué valor práctico de ingeniería aporta Simcenter 3D Electromagnetics a los programas de automoción?

El informe resume el valor de la ingeniería en tres temas: reducción de costos, mejora de la eficiencia y mejora de la calidad. Ese marco de referencia es preciso y sólido para una página de clúster porque traduce la capacidad técnica en resultados a nivel de programa.

1. Ciclos de desarrollo más cortos

Al incorporar la simulación electromagnética en las primeras etapas del diseño, los equipos pueden detectar problemas antes de las fases finales de validación. El informe indica que:

• Los ciclos de optimización electromagnética de los accionamientos eléctricos pueden acortarse mediante más del 40%
• Los ciclos de remediación de EMC se pueden acortar mediante más del 50%

También cita un caso de DENSO que muestra que los flujos de trabajo integrados de NX y Simcenter con automatización redujeron el tiempo de simulación de componentes en 80%, lo cual coincide con el material de estudio de caso de Siemens. (Software de Siemens para Industrias Digitales)

2. Menor costo de desarrollo

El informe indica que la simulación reduce el número de prototipos físicos, iteraciones de prueba y ciclos de rediseño. También señala que la optimización basada en simulación puede reducir el consumo de materiales, como por ejemplo:

• optimización de las dimensiones del núcleo del motor
• reducir el uso innecesario de material de blindaje

El informe estima que los costos de I+D electromagnética automotriz pueden reducirse mediante Del 30% al 50%.

3. Mejor calidad del producto

El informe vincula la simulación de alta precisión con mejores resultados del producto, entre los que se incluyen:

• menores tasas de fallos de EMC
• mayor eficiencia del motor
• mejor desempeño en la comunicación
• mejor comportamiento NVH
• Mayor seguridad, fiabilidad y comodidad.

Específicamente, señala resultados como:

• reducción de las tasas de incumplimiento de la compatibilidad electromagnética (CEM) en la electrónica automotriz mediante más del 60%
• aumentar la eficiencia del motor mediante del 2% al 5%

4. Apoyo a la transformación digital de I+D

Este es uno de los puntos más estratégicos del informe. Simcenter 3D Electromagnetics admite un flujo de trabajo orientado a gemelos digitales en el que el diseño, la simulación, las pruebas y la optimización están vinculados en un ciclo cerrado.

El informe argumenta que esto ayuda a las empresas automotrices a cambiar de rumbo. diseño basado en simulación e integrar el desarrollo electromagnético en sistemas de I+D digitales más amplios. El posicionamiento de integración de Simcenter de Siemens enfatiza de manera similar la simulación conectada, la integración de hilos digitales y los flujos de trabajo de ingeniería multidisciplinarios.Software de Siemens para Industrias Digitales)

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¿Qué deberían evaluar los equipos de la industria automotriz antes de adoptar una cadena de herramientas electromagnéticas?

Los equipos automotrices deben evaluar no solo la capacidad de resolución, sino también la idoneidad del conjunto de herramientas para los flujos de trabajo de desarrollo reales. La pregunta clave no es simplemente si el software puede resolver un modelo, sino si puede respaldar el proceso de ingeniería real de la empresa en programas de vehículos repetidos.

Área de evaluación	Qué debe comprobar el equipo
Casos de uso principales	¿El equipo necesita motores, compatibilidad electromagnética (CEM), antenas, carga inalámbrica, sensores o un análisis completo del vehículo?
Integración CAD	¿Puede el modelo mantenerse sincronizado con la geometría de diseño en constante evolución?
Aprovechar el flujo de trabajo	¿Es posible importar y mantener de forma eficiente los datos de los mazos de cables?
Multifísica	¿Es suficiente con el análisis electromagnético por sí solo, o se requieren acoplamientos térmicos y estructurales?
Automatización	¿Los estudios repetidos se beneficiarán del uso de scripts, plantillas y flujos de trabajo por lotes?
Validación	¿Es posible comparar y calibrar de forma eficiente los resultados de la simulación con los resultados de las pruebas?
Escala empresarial	¿Es posible estandarizar el flujo de trabajo en todos los equipos y líneas de productos?

Tanto para los proveedores como para los fabricantes de equipos originales (OEM), una de las mayores ventajas ocultas es la estandarización. Una vez establecidas las plantillas, las reglas de configuración de modelos y las estructuras de informes, la simulación electromagnética se convierte en un recurso de ingeniería repetible, en lugar de una actividad especializada puntual.

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¿Por qué las empresas automovilísticas están pasando de las pruebas basadas en prototipos al diseño basado en simulaciones?

Las empresas automotrices están adoptando la simulación electromagnética desde etapas más tempranas, ya que las arquitecturas eléctricas se han vuelto demasiado complejas para la resolución de problemas en etapas avanzadas por sí solas. Los vehículos eléctricos, los automóviles conectados, los sistemas avanzados de asistencia al conductor y las funciones inalámbricas crean entornos electromagnéticos estrechamente interconectados, cuya depuración resulta costosa una vez que el hardware está fabricado.

Al simular con anticipación, los equipos de ingeniería pueden:

• identificar los riesgos de EMI y EMC antes de realizar las pruebas de hardware.
• reducir iteraciones del prototipo
• acortar los ciclos de desarrollo
• mejorar la eficiencia y el rendimiento de la comunicación
• tomar decisiones de diseño con mayor confianza

Ese cambio no es solo una tendencia de software. Es una respuesta a la complejidad real de los vehículos.

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¿Cuál es el futuro de la simulación electromagnética en el sector automotriz?

Las perspectivas de futuro que ofrece el informe son prometedoras y deben conservarse íntegramente: a medida que los vehículos se electrifiquen, se vuelvan más inteligentes y estén más conectados, sus entornos electromagnéticos se volverán aún más complejos, lo que aumentará la necesidad de una simulación más rápida, amplia y profundamente integrada.

El informe señala específicamente la presión futura derivada de:

• ADAS
• conducción autónoma
• Coordinación vehículo-carretera / V2X
• entornos electromagnéticos de vehículos más complejos

También prevé que Simcenter 3D Electromagnetistics siga evolucionando en áreas como:

• Optimización de simulaciones impulsada por IA
• acoplamiento multifísico más profundo
• simulación de vehículos completos a gran escala
• Mayor integración con el ecosistema de gemelos digitales de Siemens.

Esa perspectiva encaja con la dirección general que Siemens comunica en toda su cartera de Simcenter, donde la integración, la automatización y el desarrollo multidisciplinario son temas centrales.Software de Siemens para Industrias Digitales)

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Conclusiones finales

Simcenter 3D Electromagnetics no es solo una herramienta puntual para especialistas en electromagnetismo. En el contexto de la ingeniería automotriz, funciona como una Cadena de herramientas de simulación electromagnética de proceso completo Esto ayuda a los equipos a pasar de las pruebas reactivas al desarrollo predictivo.

Según el informe original, sus principales ventajas son:

• Cobertura electromagnética de frecuencia completa, desde el comportamiento de máquinas de baja frecuencia hasta el análisis de EMC y antenas de alta frecuencia.
• Soporte preciso para la resolución de problemas relacionados con el comportamiento electromagnético complejo de los vehículos.
• Fuerte integración con CAD y flujos de trabajo de desarrollo digital.
• Acoplamiento multifísico para una simulación más realista de las condiciones de funcionamiento.
• automatización y personalización para una ejecución de ingeniería escalable

Entre sus aplicaciones automotrices más valiosas se incluyen:

• Simulación y optimización del sistema de propulsión eléctrica de vehículos de nueva energía
• Diseño de análisis y supresión de la compatibilidad electromagnética (CEM) del vehículo
• Validación de la ubicación de la antena del vehículo y del rendimiento de la comunicación
• Estudios sobre carga inalámbrica y electromagnetismo en vehículos conectados

Y sus resultados de ingeniería más importantes son:

• costo reducido
• ciclos de desarrollo más cortos
• mayor calidad del producto
• apoyo a la transformación digital de I+D

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Preguntas frecuentes

1. ¿Qué problemas de ingeniería automotriz puede resolver Simcenter 3D Electromagnetics?

Simcenter 3D Electromagnetics se utiliza ampliamente para simular y optimizar el comportamiento electromagnético en sistemas automotrices complejos. Los ingenieros lo utilizan principalmente para:

• Diseño de motores y generadores eléctricos
• Análisis de compatibilidad electromagnética (CEM) e interferencia electromagnética (IEM).
• Diseño y ubicación de antenas para la conectividad de vehículos.
• Electrónica de potencia y rendimiento de la conversión de energía
• comportamiento de los componentes electromecánicos

Estas capacidades ayudan a los ingenieros a evaluar los fenómenos electromagnéticos a nivel de sistema y a mejorar el rendimiento, la eficiencia y el cumplimiento antes de la construcción de prototipos físicos. Siemens describe la cartera de electromagnetismo de Simcenter en torno al rendimiento del motor, EMC/EMI, conectividad y casos de uso de propagación de ondas, lo que coincide con el alcance de la aplicación resumido en su informe.Software de Siemens para Industrias Digitales)

2. ¿Cómo contribuye Simcenter 3D Electromagnetics al desarrollo de sistemas de propulsión para vehículos eléctricos?

En el desarrollo de vehículos eléctricos, la simulación electromagnética es fundamental porque los sistemas de propulsión eléctrica generan campos electromagnéticos intensos que pueden interferir con la electrónica sensible y también determinar el rendimiento de la máquina.

Simcenter permite a los ingenieros:

• Motores eléctricos, inversores y electrónica de potencia a escala
• predecir pérdidas electromagnéticas, comportamiento del par, fuerza contraelectromotriz y eficiencia
• simular fuentes de ruido electromagnético producidas por inversores de conmutación
• Analizar las interacciones entre los sistemas de propulsión de alto voltaje y la electrónica de bajo voltaje.

Esto facilita la identificación temprana de los riesgos de EMI y EMC, y reduce los costosos rediseños durante las pruebas y la certificación.

3. ¿Puede Simcenter 3D Electromagnetics realizar simulaciones tanto de baja como de alta frecuencia?

Sí. Una de las principales fortalezas de la plataforma es su capacidad para cubrir un amplio espectro electromagnético mediante solucionadores integrados.

El conjunto de herramientas incluye:

• solucionadores de baja frecuencia para motores, transformadores, sensores y dispositivos electromecánicos
• solucionadores de alta frecuencia para radiación de antenas, comunicación inalámbrica, dispersión y EMC
• múltiples métodos numéricos como el método de elementos finitos (FEM), los métodos de elementos de contorno y los enfoques en el dominio del tiempo/frecuencia.

El material oficial de Siemens confirma esta combinación de capacidades electromagnéticas integradas de baja y alta frecuencia.Software de Siemens para Industrias Digitales)

4. ¿Cómo se integra Simcenter con los flujos de trabajo de desarrollo automotriz?

Simcenter 3D forma parte del ecosistema de ingeniería digital más amplio de Siemens y se integra directamente con los flujos de trabajo de simulación e ingeniería conectados. Siemens posiciona a Simcenter 3D como un entorno CAE unificado y las soluciones de integración de Simcenter como parte de un hilo digital más amplio que conecta los dominios de simulación y la gestión de datos.Software de Siemens para Industrias Digitales)

Esta integración permite a los equipos:

• Actualizar los modelos de simulación cuando cambie el CAD.
• Conectar simulaciones a nivel de componente y a nivel de sistema.
• Combinar el análisis electromagnético con los flujos de trabajo estructurales, térmicos y de fluidos.
• apoyar el desarrollo de productos orientados al gemelo digital
• automatizar y ampliar los estudios de ingeniería

El informe también hace hincapié en la continuidad con las herramientas de diseño CAD para la industria automotriz, los procesos PLM y los estándares de simulación empresarial.

5. ¿Por qué las empresas automovilísticas están adoptando la simulación electromagnética en una etapa más temprana del proceso de diseño?

La industria automotriz está cambiando de pruebas basadas en prototipos a diseño basado en simulación porque la solución de los problemas electromagnéticos resulta cada vez más costosa en las etapas finales del programa.

La simulación electromagnética temprana ayuda a los equipos:

• identificar los riesgos de EMC y EMI antes de realizar las pruebas de hardware
• reducir iteraciones del prototipo
• acortar los ciclos de desarrollo
• Optimizar la eficiencia, el NVH y el rendimiento de la comunicación.
• mejorar la fiabilidad de los sistemas electrónicos y conectados

En los vehículos eléctricos y los vehículos conectados inteligentes, ese paso inicial de simulación se está volviendo cada vez más esencial, no opcional.

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Biografía del autor

Johnny Liu es el Director ejecutivo de Dowway Vehicle Escribe sobre ingeniería automotriz, tecnología vehicular y desarrollo de productos mediante simulación. Su trabajo se centra en cómo los flujos de trabajo de ingeniería avanzados pueden ayudar a las empresas automotrices a mejorar el rendimiento, reducir los costos de iteración y construir vehículos eléctricos y conectados más confiables.

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