一汽奔腾电动汽车高压系统电磁辐射仿真研究

汽车电动汽车高压系统电磁辐射发射的模型与仿真


前言

当前，汽车电磁兼容（Electromagnetic Compatibility, EMC）的问题待解决技术方向涉及到多个方面，主要包括电磁辐射、传导骚扰、线束串扰、抗扰性以及天线辐射性能的评价与优化。为了高效而准确地解决整车级的电磁耦合预测问题，国内外已建立了相应的预测方法体系。

方法概览与对比分析

沈巍等人的研究聚焦于利用散射参数（Scattering Parameters，S 参数）预测整车电磁性能；曾等人采用传递函数法研究整车电磁耦合问题，而Hiroki等人将传递函数融入电动汽车的电磁兼容设计中；高峰等人则基于多端口理论方法，通过架试试验仿真测试了整车辐射发射问题；叶城凯等人通过多端口理论法预测汽车电机系统对外的辐射发射，并进行了实测验证。




本研究在上述预测方法的基础上，更全面地使用 FEKO 软件实施电动汽车高压系统电磁辐射发射的仿真，并与国家标准 GB/T 18387—2017 的实验结果进行详细对比，旨在验证仿真预测的有效性和准确性。

高压系统 S 参数仿真模型的建立

模型导入与目标设定：在 FEKO 软件中导入整车网格模型，并构建高压系统辐射发射线束模型，计算汽车内部高压线束与外部测试天线端口之间的 S 参数。

实验布置及仿真操作：根据 GB/T 18387—2017 的实验流程，设置电磁场天线的接地方式和位置。电场天线的布置在离地 3m±0.03m 的四个方向上距离车辆位置分别为 3m，对其进行仿真的分布式布置在车身的前后左右对称面上；磁场天线布置采用四个环天线在离地 1.3m±0.05m 的高度，布置方法与电场天线相同。

实时仿真结果：通过 FEKO 软件仿真计算，实现了高压系统与电场天线和磁场天线之间的 S 参数仿真，即耦合特性。

整车高压系统辐射发射预测理论与实践

多端口网络理论基础：在整个 EMC 问题预测中，需要考虑到系统内部复杂的电磁耦合环境，故将耦合路径抽象为一个多端口网络理论。此理论的基本假设是干扰源和敏感设备通过电磁场直接连接网络端口，忽略了网络的内部结构，将整车 EMC 预测转换为多端口网络的等效建模的计算问题。

高压系统端口的构建：针对某款车型的高压系统，选取 DC/DC 转换器、电机控制器、高压电池包、压缩机和 PTC 加热器作为五个关键输出端口，DC/DC 及电机控制器作为干扰源端口，高压电池包、压缩机和 PTC 加热器作为一般设备端口，将四个电场天线视为敏感设备。

整车级的多端口网络模型：基于以上特点，构建正向流网络模型，体现在图 5 中的模型中。利用戴维南等效电路来表征不同端口的特性，涉及干扰源用等效电压和输出阻抗串联的电路；一般设备和敏感设备仅用输出阻抗来描述。

辐射发射预测公式的推导与应用：结合整车网络特性和部件端口特性，通过多端口网络理论，推导出有效预测公式的端口电压、电流与戴维南等效电路参数之间的关系，方法以及在不同老辆车速下的仿真计算与实验测试产生的最显著场强结果进行对比分析，进一步评估预期准确性。

仿真计算与验证

模拟计算与实测对比：对整车电磁辐射发射的仿真进行多次预扫描和终扫描仿真计算，比较预扫描结果和实际实验数据，验证方法的有效性。预期结果展示了仿真预测的电场和磁场强度与实际测量数据的高一致性。

简而言之，本研究采用先进的软件平台（FEKO）以及多端口理论的方法，对电动汽车的低压高压系统的电磁辐射发射进行了建模与仿真，与行业标准的实测结果进行了详细的对比验证。结果显示，该方法在不同速度条件下的预测和实际测量之间有很高的吻合度，验证了其理论上和实践中的有效性。将这些技术及方法应用在汽车设计的早期阶段，可以帮助设计者准确预测和减小电磁发射超标的风险，从而更高效地制造符合国家标准的电动汽车。