一、研究背景与意义
随着新能源汽车的快速发展，高电压平台（如800V）和电机驱动系统的高频开关特性导致电磁干扰（EMI）问题日益突出。高压线缆与电机驱动系统的强电磁辐射和传导干扰不仅影响车载电子设备的可靠性（如电池管理系统、车载传感器），还会导致整车电磁兼容性（EMC）测试不达标。
研究意义：通过精确建模和抑制策略，提升新能源汽车在复杂工况下的EMC性能，保障车辆安全性与智能化功能稳定运行，推动行业技术标准完善。
二、研究目标
1. 建立高压线缆和电机驱动系统的高精度EMI干扰源模型。
2. 揭示干扰传播路径及线缆-系统耦合机制。
3. 开发基于仿真与实验结合的EMI预测方法。
4. 提出多层次抑制策略（硬件设计优化、软件控制算法改进）。
5. 验证策略有效性并形成可工程化的技术方案。
三、研究内容
1. 高压线缆与电机驱动系统EMI源建模
– 干扰源分析：针对IGBT/SiC MOSFET的高频开关过程，建立电压/电流的瞬态时域模型；分析载波频率、占空比对谐波分布的影响。
– 线缆辐射模型：基于传输线理论建立高压线缆的高频分布参数模型（包括寄生电容、电感及趋肤效应）。
– 电机系统EMI特性：结合电机控制器拓扑（如三相逆变器），研究共模和差模干扰的产生机理。
2. 干扰传播路径及耦合机制研究
– 辐射路径：量化高压线缆对外辐射的场强分布，分析线缆布局、屏蔽层接地方式的影响。
– 传导路径：分析直流母线、接地回路中的高频电流传播特性，揭示线缆与车体间的容性/感性耦合机制。
– 多频段特性：分频段（如150kHz-30MHz传导干扰，30MHz-1GHz辐射干扰）研究干扰特征。
3. EMI预测方法开发
– 仿真建模：基于有限元法（FEM）和三维电磁场仿真工具（如ANSYS HFSS），构建整车EMI多物理场耦合模型。
– 实验验证：通过电磁暗室测试和实车动态工况测试（如加速、能量回收），采集线缆近场辐射及传导干扰数据，修正模型参数。
4. EMI抑制策略研究
– 硬件优化方案：
– 高压线缆：优化屏蔽层编织密度及接地方式（单点接地 vs 多点接地）。
– 滤波器设计：在电机控制器输入/输出端添加共模扼流圈、X/Y电容组合滤波器，抑制高频谐波。
– 结构设计：优化线缆走向与间距，降低环路面积；使用铁氧体磁环吸收共模干扰。
– 软件控制策略：
– 载波频率随机调制（Spread Spectrum Modulation）：分散谐波能量，降低特定频率幅值。
– 软开关技术（如ZVS/ZCS）：减少开关器件通断时的电压/电流变化率（dv/dt, di/dt）。
四、技术路线
1. 理论建模 → 2. 仿真分析 → 3. 实验测试 → 4. 干扰源-路径综合诊断 → 5. 抑制方案设计 → 6. 实车验证与优化
五、预期成果
1. 高精度EMI预测模型：覆盖高频传导与辐射干扰的多维度仿真工具。
2. 抑制策略库：包括线缆屏蔽设计规范、滤波器参数匹配方法、控制算法优化方案。
3. 实验数据包：典型工况下EMI频谱数据库及抑制效果对比报告。
4. 专利与标准：申请2-3项发明专利，编写企业EMC设计技术指南。
六、可行性分析
– 研究基础：团队在汽车EMC领域具有多年经验，已完成多项电机驱动系统EMI相关课题。
– 实验条件：具备整车电磁暗室、LISN（线路阻抗稳定网络）、近场探头、频谱分析仪等设备。
– 合作资源：与国内头部新能源车企合作，可获取实车测试数据与技术需求。
七、研究计划与进度
|阶段|时间|任务|
|前期准备|1-3月|文献调研、需求分析、建模工具选型|
|建模与仿真|4-6月|干扰源建模、传播路径仿真|
|实验测试|7-9月|搭建测试平台、采集EMI数据|
|策略优化|10-12月|设计抑制方案并验证|
|结题应用|13-15月|实车搭载测试、撰写技术报告|
八、经费预算
|类别|用途|金额（万元）|
|设备购置|高频电流探头、滤波器元件|50|
|实验测试|暗室租赁、能耗费用|30|
|人员费用|研究人员薪酬|40|
|其他|差旅、出版|20|
|总计||140|
九、创新点
1. 多尺度建模：结合电路级开关特性与三维电磁场辐射特性，突破传统单一路径分析的局限。
2. 综合抑制策略：融合硬件优化与控制算法，提出面向工程化的低成本解决方案。
3. 实车动态验证：基于真实驾驶循环（如WLTC工况）测试，确保策略的实用性。
本方案通过“建模-预测-抑制”闭环研究，为新能源汽车EMC设计提供理论与技术支撑，推动行业解决高压化、智能化背景下的EMI技术瓶颈。
