譚善明　陸日?！×河袕V　賴國鋒　李海平

摘 要：針對某小型純電汽車怠速開空調(diào)時存在轟鳴聲問題，運(yùn)用頻譜相關(guān)性分析、振動噪聲源傳遞路徑分析、CAE仿真分析等手段，找到了車內(nèi)產(chǎn)生轟鳴聲的原因，是由于開空調(diào)后壓縮機(jī)在3800rpm，頻率在63Hz附近振動較大，通過電驅(qū)動力總成后懸置Z向傳遞至車身與車內(nèi)聲腔模態(tài)耦合，產(chǎn)生轟鳴聲；最后犧牲空調(diào)系統(tǒng)制冷性能，通過降低壓縮機(jī)最高轉(zhuǎn)速至3400rpm，使壓縮機(jī)激勵轉(zhuǎn)速與整車聲腔模態(tài)解耦，最終解決該問題。

關(guān)鍵詞：頻譜相關(guān)性分析 轟鳴聲 聲腔模態(tài)

1 引言

隨著國家對新能源汽車的重視，新能源汽車在國內(nèi)得到了蓬勃發(fā)展；由于能源的使用方式不同，新能源汽車與傳統(tǒng)汽車相比，動力系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)上存在較大差異，車輛怠速時少了發(fā)動機(jī)噪聲；開啟空調(diào)系統(tǒng)時，傳統(tǒng)燃油車，通過發(fā)動機(jī)皮帶帶動壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)制冷；而新能源汽車則由動力電池組提供電能，通過電動壓縮機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)制冷。與傳統(tǒng)燃油車相比，新能源汽車電動壓縮機(jī)存在較多優(yōu)勢，它不受汽車車速的影響，可以根據(jù)車內(nèi)實(shí)際溫度調(diào)節(jié)精準(zhǔn)控制壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到快速降低車內(nèi)溫度的效果；低速或者怠速時，新能源汽車少了發(fā)動機(jī)噪聲的掩蓋，空調(diào)系統(tǒng)作為一個獨(dú)立的振動、噪聲源，相比傳統(tǒng)燃油車空調(diào)系統(tǒng)振動噪聲會更突出。

本文針對某后驅(qū)小型電動車開空調(diào)后車內(nèi)存在轟鳴聲的問題，通過NVH測試分析，找出車輛怠速開空調(diào)時車內(nèi)后排存在低頻轟鳴的原因，并通過壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速策略，降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的方法達(dá)到優(yōu)化車內(nèi)轟鳴聲的效果，從而解決該問題。

2 汽車轟鳴聲產(chǎn)生機(jī)理

2.1 什么是轟鳴聲

轟鳴詞義為連續(xù)混雜的呼嘯聲。在汽車NVH分析中指在某一特定工況下，乘客在車內(nèi)感受到的壓耳膜的聲音。持續(xù)的轟鳴聲會容易引起人耳感覺不適，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)頭暈、惡心等癥狀。

2.2 車內(nèi)轟鳴產(chǎn)生原理

汽車車內(nèi)是一個密閉的空間，里面充滿空氣。密閉狀態(tài)下的車內(nèi)空氣存在許多聲腔模態(tài)。較薄結(jié)構(gòu)板通過沖壓成型再焊接成一個車身，在受到來自動力系統(tǒng)的振動、路面不平衡導(dǎo)致的振動、壓縮機(jī)（獨(dú)立安裝）等振動的激勵下通過車身傳遞，導(dǎo)致車身某些鈑金受迫振動，振動頻率與車內(nèi)密閉空氣的聲腔模態(tài)頻率達(dá)到一致，將會產(chǎn)生耦合作用，車內(nèi)的空氣壓力就會發(fā)生變化，在車內(nèi)造成較強(qiáng)的壓力脈動，從而產(chǎn)生讓人難以接受的轟鳴聲[1]。

3 問題描述

某小型電動汽車在中期改款時，將車身加長、電動空調(diào)壓縮機(jī)安裝位置從車輛前副車架更改安裝到動力總成上，前圍鈑金結(jié)構(gòu)也做了更改，動力總成由前驅(qū)改為后驅(qū)之后，激勵源位置發(fā)生改變。

車輛怠速開空調(diào)時，隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不斷升高在到達(dá)某特定轉(zhuǎn)速后，車內(nèi)后排存在低頻壓耳感，主觀上聲品質(zhì)較差，不可接受。

4 問題診斷分析

4.1 NVH數(shù)據(jù)采集

本次NVH數(shù)據(jù)采集使用西門子 LMS SCADAS MOBILE 40通道數(shù)據(jù)采集前端，采用PCB 1/2自由場傳聲器，靈敏度為50mv/pa量程3Hz～20kHz，測點(diǎn)根據(jù)企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)地點(diǎn)為整車半消聲試驗(yàn)室，布置在駕駛員座椅內(nèi)耳，后排座椅中間位置，測試工況1：車輛怠速開空調(diào)工況，鼓風(fēng)機(jī)1檔風(fēng)量，制冷溫度調(diào)到最冷，迎面風(fēng)模式；測試工況2：鼓風(fēng)機(jī)1檔風(fēng)量，制冷溫度調(diào)到最冷，迎面風(fēng)模式壓縮機(jī)1000～6000rpm掃略工況。

4.2 原狀態(tài)測試數(shù)據(jù)分析

從數(shù)據(jù)頻譜上看，車內(nèi)前排、后排噪聲數(shù)據(jù)在63Hz附近均存在較突出峰值，其中前排噪聲為56.1dB（A），后排噪聲為67.6dB（A），前后排噪聲相差10dB（A），與主觀感受一致，后排轟鳴聲較前排明顯（如下圖1）；打開尾門，車內(nèi)后排噪聲63Hz單頻噪聲降低5.3dB（A）、總聲壓級噪聲降低4.9dB（A），降低較明顯，主觀上與客觀數(shù)據(jù)一致，噪聲降低明顯，基本屬于可接受狀態(tài)。說明車內(nèi)轟鳴聲跟車內(nèi)聲腔模態(tài)相關(guān)性較大（如下圖2）。

從掃略工況上看壓縮機(jī)低轉(zhuǎn)速1000～3000rpm車內(nèi)噪聲無較明顯突出峰值，3000rpm開始隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不斷升高，車內(nèi)后排總聲壓級噪聲曲線也隨著升高，直至壓縮機(jī)到4500rpm后，車內(nèi)后排總聲壓級噪聲曲線回落到最低點(diǎn)，數(shù)據(jù)中可看出壓縮機(jī)在3800rpm附近車內(nèi)后排噪聲峰值達(dá)到最高值（如下圖3），根據(jù)轉(zhuǎn)速階次關(guān)系進(jìn)行壓縮機(jī)1階激勵對車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)頻率計(jì)算，車內(nèi)后排中間轟鳴聲頻率為63.3Hz左右與怠速開空調(diào)測試頻譜噪聲峰值一致。

4.3 振動噪聲傳遞分析

根據(jù)源——傳遞路徑——響應(yīng)點(diǎn)分析，對車輛怠速開空調(diào)車內(nèi)后排存在轟鳴聲進(jìn)行分析。壓縮機(jī)振動噪聲傳播主要有兩種路徑，第一為結(jié)構(gòu)路徑傳遞，第二為空氣噪聲傳遞[2]。該車輛壓縮機(jī)是布置在電驅(qū)動動力總成上面，動力總成驅(qū)動形式為后驅(qū)，壓縮機(jī)振動噪聲傳遞路徑分析如下（如下圖4）：

（1）結(jié)構(gòu)噪聲路徑為：壓縮振動噪聲通過電驅(qū)動總成懸置、空調(diào)管路、膨脹閥，通過車身、前圍防火墻傳遞車內(nèi)；

（2）空氣噪聲路徑為：壓縮機(jī)本體噪聲輻射通過空氣從后車體地板、后側(cè)門、尾門傳遞車內(nèi)；

由于車內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)頻率為63.3Hz左右，頻率較低，故空氣噪聲路徑傳播車內(nèi)占比較小，優(yōu)先排查結(jié)構(gòu)噪聲路徑。

根據(jù)源傳遞路徑測試分析，分別在壓縮機(jī)懸置被動側(cè)、膨脹閥處布置加速度傳感器進(jìn)行測試，測試狀態(tài)分為原狀態(tài)及斷開空調(diào)壓縮機(jī)全部管路安裝點(diǎn)狀態(tài)，通過測試數(shù)據(jù)，對這幾個測點(diǎn)的振動傳遞對車內(nèi)后排噪聲的貢獻(xiàn)量進(jìn)行相關(guān)分析。

通過后排車內(nèi)噪聲與振動源路徑振動相關(guān)性對比數(shù)據(jù)可知，動力總成被動側(cè)、膨脹閥振動側(cè)點(diǎn)在63Hz均存在振動峰值且與車內(nèi)轟鳴聲峰值對應(yīng)。

通過各振動路徑的振動數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，后懸置Z向63Hz振動峰值較其他測點(diǎn)振動幅值高很多，初步判斷車內(nèi)后排63Hz轟鳴聲是由壓縮機(jī)激勵通過動力總成后懸置傳遞車內(nèi)（如下圖5）。

再對比仿真整車聲腔模態(tài)數(shù)據(jù)（如下圖6），車內(nèi)轟鳴聲的主要貢獻(xiàn)頻率63Hz與整車空腔1階模態(tài)頻率65.37Hz十分接近。

根據(jù)以上分析，綜合轟鳴聲主要發(fā)生在后排的特點(diǎn)，并且打開尾門轟鳴聲明顯改善的情況，可以得到結(jié)論：此轟鳴聲為整車聲腔模態(tài)與壓縮機(jī)工頻耦合所致。

5 方案驗(yàn)證

通過問題診斷分析及結(jié)論，得到以下三個優(yōu)化方案：

（1）改變整車聲腔模態(tài)頻率，使其與轟鳴聲主要貢獻(xiàn)頻率解除耦合；

（2）調(diào)試動力總成懸置剛度，從傳遞路徑進(jìn)行優(yōu)化；

（3）調(diào)整壓縮機(jī)工作轉(zhuǎn)速，改變其振動基頻，從源頭解決問題。

方案（1），由于項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行到后期階段，想要提高整車聲腔模態(tài)，涉及到車身多處改動，該方案實(shí)施難度大，故排除該方案。

方案（2），對壓縮機(jī)振動的傳遞路徑進(jìn)行分解，顯示主要傳遞路徑為動力總成懸置，通過手工降低懸置剛度進(jìn)行初步驗(yàn)證，測試對比原狀態(tài)懸置與手工樣件懸置的隔振效果。

通過測試結(jié)果可分析得出（如上圖7），手工軟懸置在壓縮機(jī)3400rpm～4200rpm轉(zhuǎn)速區(qū)間，其X向和Z振動明顯優(yōu)于原狀態(tài)懸置，說明手工軟懸置對壓縮機(jī)3400rpm～4200rpm振動的隔振效果要更好，證明排查方向是有效果的。但該方案下一步需要對不同剛度的懸置進(jìn)行測試分析，逐一排查驗(yàn)證，所需的周期長，整改成本高，只能作為備選方案。

方案（3），直接改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，屏蔽引起車內(nèi)轟鳴的轉(zhuǎn)速區(qū)間。最終結(jié)果是：犧牲一定的制冷性能，降低壓縮機(jī)最高轉(zhuǎn)速在3400rpm，可以非常好的避開壓縮機(jī)工作激勵頻率和整車聲腔模態(tài)，從而得以解決轟鳴問題。

經(jīng)多方會議評審，方案三既不影響項(xiàng)目進(jìn)度，同時也可以節(jié)省時間和成本，是相對最合理的方案。

6 結(jié)語

通過車內(nèi)轟鳴聲問題，透過結(jié)果反推問題原因，研究分析問題起源及傳遞路徑，再針對實(shí)際情況提出方案進(jìn)行驗(yàn)證，選擇最合理的方案實(shí)施，從而解決問題。

通過對問題進(jìn)行分析，采取最適合的方案去解決問題，既能降低車型開發(fā)成本，省時省力，同時還能有效的提升車型的NVH性能，增強(qiáng)車型市場競爭力。

基金項(xiàng)目：2020年度湖南省高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新引領(lǐng)計(jì)劃項(xiàng)目：封閉特定場景無人駕駛通用底盤平臺開發(fā)關(guān)鍵共性技術(shù)研究與應(yīng)用（2020GK4010）。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝曉龍，汪曉虎，王亮，等.汽車轟鳴聲產(chǎn)生機(jī)理研究[DB/OL].（2013-1-7）2014-1-21.

[2]張武，陳劍，夏海.基于靈敏度分析的發(fā)動機(jī)懸置系統(tǒng)穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].汽車工程.2009，6：728-732，755.