【摘 要】
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汽车的发展极大的改善了人们的生活和行为方式,电动汽车作为当今汽车发展的趋势广泛应用于各领域中,电动汽车因其良好的机动性、低噪音、红外辐射低、隐蔽性好等优点,成为军事车辆中发展的重点。军用电动车辆在未来战场上会面临高功率微波等强电磁脉冲武器的威胁,作为电动汽车的核心,电驱动系统电子集成化程度高易受强电磁脉冲干扰,会严重威胁电动汽车的机动性和安全性,从而使车辆在战场中失去作战能力。强电磁脉冲通过线束以
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汽车的发展极大的改善了人们的生活和行为方式,电动汽车作为当今汽车发展的趋势广泛应用于各领域中,电动汽车因其良好的机动性、低噪音、红外辐射低、隐蔽性好等优点,成为军事车辆中发展的重点。军用电动车辆在未来战场上会面临高功率微波等强电磁脉冲武器的威胁,作为电动汽车的核心,电驱动系统电子集成化程度高易受强电磁脉冲干扰,会严重威胁电动汽车的机动性和安全性,从而使车辆在战场中失去作战能力。强电磁脉冲通过线束以及孔缝等耦合途径进入电驱动系统进而干扰其电子设备,导致电驱动系统工作异常甚至损伤。通过分析电驱动系统工作信号特点、电磁干扰耦合途径以及电磁脉冲效应,研究电动汽车电驱动系统电磁干扰防护技术,对于提升电动汽车在强电磁脉冲环境下的抗扰性具有重要的工程意义。本文以某新型战术样车所搭载的电驱动系统为研究对象,通过机理分析、试验和仿真方法,研究电驱动系统电磁干扰敏感部位,分析电磁干扰耦合途径,获取系统干扰信号,并根据电驱动系统中各设备工作信号特点及电磁脉冲效应,设计并验证了电动汽车电驱动系统电磁干扰防护技术方案。主要研究内容如下:(1)电动汽车电驱动系统强电磁脉冲耦合机理研究。根据电驱动系统的组成及工作原理,通过对电动汽车电驱动系统电磁脉冲耦合途径及敏感性分析,确定电驱动系统中电磁敏感设备,为强电磁脉冲防护提供理论基础。(2)电动汽车电驱动系统在强电磁脉冲下的效应分析。战场中机动性作为军用车辆的关键因素,当电动汽车电驱动系统面对外部强电磁脉冲干扰时,电动汽车的机动性会受到严重威胁,通过分析电驱动系统工作原理,确定与机动性相关的系统为电机控制器和电池管理系统。针对强电磁脉冲干扰从耦合路径入手,以仿真的手段分析设备壳体内部场强分布,搭建动力电池管理系统台架,通过仿真和试验获取台架上线缆上的耦合干扰信号,同时在宽带高功率微波辐照下获取其电磁干扰阈值,为电磁防护设计提供数据支撑。(3)电驱动系统辐射与传导的电磁防护设计研究。根据电驱动系统电磁干扰耦合路径、电磁环境以及薄弱环节的分析,从辐射和传导两个方面以场路联合的方式对电驱动系统进行防护设计。对电驱动系统壳体、线缆以及接插件进行辐射干扰防护设计实现对场的防护。从场到路的传导干扰在幅值上通过脉冲吸收电路进行吸收,频域上的干扰通过滤波电路进行滤除,以这两种电路为基础设计多种组合防护电路,通过试验的方式获取最佳的电路组合方式,并根据电驱动系统内各信号特点以及需求选取合适的防护电路,从而实现对电驱动系统的传导电磁防护。论文的主要内容和创新工作如下:(1)提出了一种电动汽车电驱动系统在强电磁脉冲下的效应分析方法。针对外部的强电磁脉冲干扰,以保障电驱动系统机动性为前提,分析壳体内部场强分布优化了电路布局,通过高功率微波下线缆的试验与仿真对比验证可行性,对不同电磁脉冲和不同线缆类型仿真分析干扰信号。以动力电池管理系统台架为例,获取电驱动系统在宽带高功率微波辐照下的电磁敏感度。通过仿真与试验相结合的方式从空间和电路上分析电磁干扰特性以及系统的电磁敏感度,可有效地针对薄弱环节进行防护设计,其中仿真支持多种电磁环境分析的同时也减少了试验中人力物力的投入。(2)提出了一种电动汽车电驱动系统场路联合的电磁防护设计方法。针对场的辐射防护方面,对接插件、线缆采取屏蔽以及设备壳体进行电磁吸波的防护措施,通过仿真验证屏蔽措施防护效果明显,其中壳体电磁吸波方面不仅对壳体屏蔽效能在1-3GHz范围平均提高15d B以上还减少了壳体内部谐振。针对电路传导防护方面,利用脉冲吸收电路在时域上降低干扰信号幅值,滤波电路在频域上滤除信号工作频率外干扰,根据电驱动系统信号特点设计多级脉冲电路与滤波电路的组合电磁防护电路,通过试验验证其防护效果,最佳防护电路组合的防护效能可达到36.31d B。
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