譚雨點(diǎn)，汪躍中，丁潤江，朱亮，彭軍凱，趙勇

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某純電動(dòng)乘用車的空調(diào)壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲優(yōu)化分析

譚雨點(diǎn)，汪躍中，丁潤江，朱亮，彭軍凱，趙勇

（奇瑞新能源汽車技術(shù)有限公司，安徽 蕪湖 241000）

針對(duì)某自主品牌純電動(dòng)乘用車怠速開空調(diào)車內(nèi)噪聲及振動(dòng)過大的問題，經(jīng)詳細(xì)分析及試驗(yàn)診斷后，排查出壓縮機(jī)工作轉(zhuǎn)速在4000rpm時(shí)車內(nèi)舒適性較差；通過傳遞路徑及模態(tài)分析得出壓縮機(jī)在高轉(zhuǎn)速下與壓縮機(jī)支架產(chǎn)生共振；結(jié)合樣車實(shí)際情況，在不影響性能情況下，提出優(yōu)化支架及框梁結(jié)構(gòu)的方案；通過試驗(yàn)驗(yàn)證表明，優(yōu)化方案有效降低車內(nèi)噪聲和振動(dòng)，提高乘坐舒適性。

純電動(dòng)乘用車；空調(diào)壓縮機(jī)；振動(dòng)噪聲

引言

對(duì)于傳統(tǒng)汽油車而言，動(dòng)力總成是影響其NVH性能的一個(gè)最主要的激勵(lì)源，而對(duì)于純電動(dòng)汽車而言，驅(qū)動(dòng)電機(jī)總成、制動(dòng)真空泵、電動(dòng)水泵、電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)等則是車內(nèi)噪聲的主要來源。其中，電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)作為空調(diào)系統(tǒng)的主要部件，對(duì)整車NVH有著不可忽略的影響。而空調(diào)壓縮機(jī)通過壓縮機(jī)支架與動(dòng)力總成系統(tǒng)進(jìn)行集成，因此，空調(diào)壓縮機(jī)支架的設(shè)計(jì)方案將直接影響到空調(diào)壓縮機(jī)及整車動(dòng)力總成系統(tǒng)的NVH性能。近年來，針對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)噪聲及振動(dòng)問題已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。徐小彬[1]等對(duì)汽車空調(diào)壓縮機(jī)支架進(jìn)行模態(tài)分析和振動(dòng)噪聲試驗(yàn)，提高汽車的NVH性能。孫強(qiáng)[2]等對(duì)汽車空調(diào)壓縮機(jī)及支架進(jìn)行分析，通過在空調(diào)管路上增加隔振，減震措施衰減共振頻率。何呂昌[3]通過對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)聲振特性進(jìn)行分析，得出支架因在壓縮機(jī)的工作頻率附近與支架低階固有頻率重疊而發(fā)生共振，通過填充增強(qiáng)泡沫盒粘貼增強(qiáng)板提高支架剛度，降低車內(nèi)噪聲。目前的研究主要針對(duì)傳統(tǒng)汽油車空調(diào)壓縮機(jī)的研究，純電動(dòng)汽車空壓機(jī)異常振動(dòng)研究較少。

本文以某自主品牌純電動(dòng)汽車為研究對(duì)象，對(duì)其壓縮機(jī)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，主觀上可感受到車內(nèi)有明顯振動(dòng)與噪聲，因此有必要對(duì)純電動(dòng)汽車壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)的傳遞路徑及特性進(jìn)行研究，以提高該車的乘坐舒適性。

1 問題描述

某自主品牌純電動(dòng)汽車進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)時(shí)發(fā)現(xiàn)：整車置于怠速工況，電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)從低速調(diào)整到高速過程中，車內(nèi)聲環(huán)境變化較大且出現(xiàn)明顯的噪聲，聲品質(zhì)較差，并伴有強(qiáng)烈的耳膜壓迫感且逐漸明顯感覺到方向盤及底盤振動(dòng)，主觀評(píng)價(jià)無法接受。圖1為純電動(dòng)汽車壓縮機(jī)的安裝框梁，其中電動(dòng)空壓機(jī)通過壓縮機(jī)支架與框梁連接。

圖1 空調(diào)壓縮機(jī)安裝框梁

圖2 駕駛室右耳噪聲聲壓級(jí)

圖3 駕駛室右耳噪聲 1/3倍頻程

由于該電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)支架與框梁剛性連接，壓縮機(jī)所產(chǎn)生的振動(dòng)通過框梁直接作用在車身板件上，引起車身板件振動(dòng)并輻射噪聲。尤其在整車保持怠速工況下，電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)的振動(dòng)與噪聲對(duì)整車NVH性能影響極大。為了解決該振動(dòng)噪聲過大問題，試驗(yàn)車輛通過高壓上電接通空調(diào)A/C開關(guān)，保持怠速工況?？照{(diào)制冷系統(tǒng)開始工作，且整個(gè)怠速工況驅(qū)動(dòng)電機(jī)不工作，駕駛艙內(nèi)也無其他背景噪聲，通過整車VCU控制壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。由于該電動(dòng)壓縮機(jī)工作轉(zhuǎn)速為1500rpm-4000rpm，試驗(yàn)每隔500rpm測試車內(nèi)噪聲及前艙框梁振動(dòng)，結(jié)果如圖2所示?？諌簷C(jī)轉(zhuǎn)速在1500rpm- 3000rpm內(nèi)，駕駛員右耳噪聲平均值均小于40.04dB(A)；轉(zhuǎn)速在3000rpm-4000rpm內(nèi)，駕駛室噪聲出現(xiàn)明顯的上升，當(dāng)轉(zhuǎn)速為3500rpm時(shí)，駕駛員右耳噪聲平均值為41.86 dB(A)，但當(dāng)轉(zhuǎn)速為4000rpm時(shí)，噪聲出現(xiàn)突變，駕駛員右耳噪聲平均值為45.94dB(A)，增大4.08dB，導(dǎo)致車內(nèi)聲品質(zhì)較差，降低乘坐舒適性。從圖3與圖4可看出，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在4000rpm時(shí)，噪聲在63Hz頻率段出現(xiàn)明顯峰值，框梁振動(dòng)在58.3Hz與66.7Hz出現(xiàn)峰值。

圖4 框梁振動(dòng)

2 原因排查

2.1 振動(dòng)噪聲傳遞路徑分析

該試驗(yàn)車的電動(dòng)壓縮機(jī)布置在前艙框梁上，建立“激勵(lì)源-傳遞路徑-接受者”分析模型，得到如圖5所示電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)振動(dòng)與噪聲傳遞路徑圖。駕駛艙內(nèi)振動(dòng)噪聲由壓縮機(jī)開啟后產(chǎn)生，并通過壓縮機(jī)支架和壓縮機(jī)管路傳遞到前艙框梁上，然后經(jīng)過車身和前圍板振動(dòng)輻射，最終傳遞到駕駛員。由傳遞分析模型可知，壓縮機(jī)單體振動(dòng)導(dǎo)致整車異常振動(dòng)原因有兩種：一是壓縮機(jī)振動(dòng)過程中與前艙框梁固有模態(tài)產(chǎn)生共振；二是壓縮機(jī)支架的減震作用不滿足性能要求。因此，需要對(duì)兩種原因進(jìn)行分析。

圖5 電動(dòng)壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲傳遞路徑

2.2 空調(diào)壓縮機(jī)振動(dòng)傳遞特性分析

圖6 壓縮機(jī)橡膠軟墊二自由度振動(dòng)模型

將空調(diào)壓縮機(jī)單側(cè)橡膠軟墊和支架系統(tǒng)進(jìn)行簡化，建立支架與壓縮機(jī)二自由度振動(dòng)模型，如圖6所示。

該模型原點(diǎn)選在各自的平衡位置，其運(yùn)動(dòng)微分方程為：

式中：1為空調(diào)壓縮機(jī)支架質(zhì)量；2為空調(diào)壓縮機(jī)質(zhì)量；1為支架剛度；2為壓縮機(jī)單個(gè)橡膠軟墊剛度；為支架阻尼；F為激振力；1為支架垂直位移；2為壓縮機(jī)垂直位移。

橡膠軟墊支架的固有圓頻率：

壓縮機(jī)的固有圓頻率：

設(shè)1、2以相同圓頻率和相位角做簡諧振動(dòng)，根據(jù)參考文獻(xiàn)[4]得：

式中：F為系統(tǒng)的力傳遞率；0為系統(tǒng)實(shí)際傳遞車身作用力。

綜合上可知，F過大是由于剛度比過小引起。橡膠軟墊剛度和支架剛度串聯(lián)時(shí)，當(dāng)支架剛度過小時(shí)，不能選擇合適的橡膠軟墊來改善力傳遞特性。因此，需對(duì)支架進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，改進(jìn)支架及框梁結(jié)構(gòu)，提高剛度。

2.3 空調(diào)壓縮機(jī)支架的模態(tài)分析

通過對(duì)壓縮機(jī)直接連接的支架及框梁進(jìn)行CAE分析，結(jié)果如圖7所示。前6階次為剛體自由模態(tài)，第7-10階次如表1所示。

表1 模態(tài)分析結(jié)果

空調(diào)壓縮機(jī)激勵(lì)頻率可由公式（6）計(jì)算：

式中：?n-轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起系統(tǒng)不平衡力產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲頻率；?0-轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率；N-轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。

根據(jù)前文分析可知壓縮機(jī)在3500rpm-4000rpm出現(xiàn)較明顯的振動(dòng)與噪聲，對(duì)應(yīng)的激勵(lì)頻率為58.3Hz-66.7Hz，與壓縮機(jī)支架的低階模態(tài)接近。由共振原理可判斷，車內(nèi)振動(dòng)及噪聲來源由于電動(dòng)壓縮機(jī)高轉(zhuǎn)速振動(dòng)過程與壓縮機(jī)支架產(chǎn)生共振。

3 方案優(yōu)化與驗(yàn)證

根據(jù)以上分析結(jié)果可知，電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)單體振動(dòng)時(shí)引起的異常振動(dòng)是由于壓縮機(jī)的激勵(lì)頻率與支架的低階固有頻率重疊產(chǎn)生的共振。壓縮機(jī)工作頻率已經(jīng)固定，因此需要改變框梁與支架結(jié)構(gòu)，在滿足強(qiáng)度等其它性能的要求下，改變其固有頻率避開壓縮機(jī)高速振動(dòng)過程中產(chǎn)生的頻率。

3.1 結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的支架模態(tài)驗(yàn)證

支架結(jié)構(gòu)改進(jìn)后對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析，其分析結(jié)果如圖8所示，第7到10階次如表2所示。

表2 模態(tài)分析結(jié)果

由分析結(jié)果可得，通過對(duì)壓縮機(jī)連接框梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，改進(jìn)后移頻效果比較顯著。改進(jìn)后支架低階頻率為34.66Hz與79.90Hz，避開壓縮機(jī)高轉(zhuǎn)速激勵(lì)頻率范圍58.3 Hz-66.7Hz，避免共振的產(chǎn)生。

3.2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的試車振動(dòng)噪聲特性試驗(yàn)驗(yàn)證

將改進(jìn)過后的壓縮機(jī)支架進(jìn)行裝車測試，測試新舊狀態(tài)下電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)的加速度及噪聲，改進(jìn)前后駕駛室內(nèi)噪聲對(duì)比結(jié)果如表3所示，從表中可以看出壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在1500 rpm-3000rpm，駕駛室內(nèi)噪聲基本維持不變，支架改進(jìn)后，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在4000rpm時(shí)噪聲下降了2.88dB；改進(jìn)后駕駛室右耳噪聲頻率如圖9所示，壓縮機(jī)工作過程中基本沒有明顯的噪聲峰值，4000rpm在63Hz出現(xiàn)的峰值小于40dB，滿足設(shè)定目標(biāo)要求。

表3 改進(jìn)前后駕駛室內(nèi)噪聲對(duì)比

改進(jìn)前后壓縮機(jī)支架振動(dòng)峰值頻率對(duì)比如圖10所示，在車內(nèi)噪聲下降的同時(shí)，壓縮機(jī)框梁振動(dòng)加速度在低頻58.3Hz和66.7Hz也出現(xiàn)下降，尤其在66.7Hz處，加速度從2.11g下降到1.06g，大大提高乘坐舒適性。經(jīng)前后組織的主觀評(píng)價(jià)，整車噪聲明顯改善且在壓縮機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)無共振現(xiàn)象。

圖10 改進(jìn)前后壓縮機(jī)支架振動(dòng)頻譜

4 結(jié)論

壓縮機(jī)工作過程中產(chǎn)生的振動(dòng)與噪聲會(huì)極大影響純電動(dòng)汽車的乘坐舒適性，本文通過對(duì)壓縮機(jī)支架結(jié)構(gòu)調(diào)整改變其固有頻率，避免與壓縮機(jī)工作頻率產(chǎn)生共振，極大提高其舒適性，滿足設(shè)定目標(biāo)要求。

[1] 孫強(qiáng),陳昌瑞,杜士云.汽車空調(diào)壓縮機(jī)支架NVH性能分析[J].汽車實(shí)用技術(shù),2017(18):167-169.

[2] 徐小彬,郭明濤,李一,邢桂麗,喬鑫.某汽車空調(diào)壓縮機(jī)支架振動(dòng)噪聲優(yōu)化分析[J].汽車實(shí)用技術(shù),2016(03):69-71

[3] 何呂昌,左曙光,李林,申秀敏,張敬芬.燃料電池車空調(diào)壓縮機(jī)聲振特性分析[J].聲學(xué)技術(shù),2010,29(03):309-314.

[4] 郭榮,章桐.汽車動(dòng)力總成橡膠軟墊系統(tǒng)[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社.

Optimal Analysis of Vibration and Noise of Air Conditioning Compressor for a Blade Electric Passenger Vehicle

Tan Yudian, Wang Yuezhong, Ding Runjiang, Zhu Liang, Peng Junkai, Zhao Yong

（Chery New Energy Automotive Technology Co., Ltd., Anhui Wuhu 241000）

Aiming at the problem of excessive noise and vibration in idle air-conditioning vehicle of an autonomous brand blade electric passenger vehicle, after detailed analysis and test diagnosis, it is found that the comfort of the compressor is poor when the working speed of the compressor is 4000rpm; Through transmission path and modal analysis, it is concluded that the compressor resonates with the compressor bracket at high speed; Combined with the actual situation of the sample car,it does not affect the performance. In addition, a scheme of optimizing the bracket and frame beam structure is proposed, and the test results show that the optimization scheme can effectively reduce the noise and vibration in the vehicle and improve the ride comfort.

Blade electric passenger vehicle; Air conditioning compressor; Vibration and noise

A

1671-7988(2019)05-99-04

U469.7

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1671-7988(2019)05-99-04

U469.7

譚雨點(diǎn)，奇瑞新能源研究院，碩士，主要從事整車NVH性能研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.030