中圖分類(lèi)號(hào)：U469.72 TH213.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.20104/j.cnki.1674-6546.20240267

Analysis and Optimization of Compressor NVH Problem in Electric Vehicle Heat Pump System

ZhuShunkuan，Xia Yinyuan （CheryAutomobileCompanyLimited，Wuhu241007）

【Abstract]The noise source and the noise transmissionof the compressorNVH problem of the electric vehicle heat pump systemarestudied，andtheimprovementisadebyptimizingtheinteralstructureofteelectricompresor，nceasigthe acousticpackageand optimizing theairconditioningpipeline.TheNVH testresultsshow that theinternal structure optimizationcanreducethevibrationexcitationnoiseoftheelectriccompressorwhiletheadditionofacousticpackage andair conditioning pipelineoptimizationcan reduce thecompressrnoise transmission.These enhancementscontribute toa reduction in the noise levelofthe heat pump system during operation and theNVH performance of the vehicle.

Key words：Electric vehicle，Heat pump system，Noise source，Noise transmission，Acoustic package

【引用格式】祝順寬，夏寅遠(yuǎn).電動(dòng)汽車(chē)熱泵系統(tǒng)壓縮機(jī)NVH問(wèn)題分析及優(yōu)化[J].汽車(chē)工程師，2025（7）：44-48.ZHU S K， XIA Y Y.Analysis and Optimization of Compressr NVH Problem in Electric Vehicle Heat PumpSystem[J]. Automotive Engineer，2025（7）： 44-48.

1前言

傳統(tǒng)燃油汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)的噪聲源一般為固定于發(fā)動(dòng)機(jī)的空調(diào)壓縮機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的減振作用減少了噪聲問(wèn)題的發(fā)生。冀軍鶴等借助擴(kuò)張式消聲器理論模型，對(duì)壓縮機(jī)氣流通道進(jìn)行改進(jìn)，使排氣脈動(dòng)由 18.5kPa 降低至 9.0kPa 。商國(guó)旭等2對(duì)振動(dòng)噪聲數(shù)據(jù)采用頻譜分析、階次追蹤等方法，通過(guò)優(yōu)化支架結(jié)構(gòu)提升模態(tài)頻率避免共振，將車(chē)內(nèi)噪聲聲壓級(jí)降低了 2.5dB（A） 。空調(diào)管路作為噪聲的主要傳遞路徑，是NVH問(wèn)題分析過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。張建國(guó)、唐培等-4通過(guò)更換膠管材料并增加長(zhǎng)度、增加消聲器和配重塊等方法將車(chē)內(nèi)噪聲聲壓級(jí)降低了4＼～5dB（A）。段傳學(xué)通過(guò)優(yōu)化膨脹閥及其連接管的結(jié)構(gòu)，解決了高頻嘯叫問(wèn)題。

插電式混合動(dòng)力汽車(chē)（Plug-inHybridElectricVehicle，PHEV）、增程式混合動(dòng)力汽車(chē)（RangeExtendElectricVehicle，REEV）的空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油車(chē)空調(diào)系統(tǒng)差異不大，相關(guān)NVH問(wèn)題的研究可相互借鑒。

由于純電動(dòng)汽車(chē)需要降溫或加熱的零部件較

44|汽車(chē)工程師

多、系統(tǒng)較為復(fù)雜，按是否具有熱泵功能，可將其空調(diào)系統(tǒng)分為熱泵系統(tǒng)和非熱泵系統(tǒng)兩類(lèi)。熱泵系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，電動(dòng)壓縮機(jī)是其主要噪聲源之一。針對(duì)電動(dòng)壓縮機(jī)的NVH問(wèn)題，首先要確認(rèn)壓縮機(jī)自身振動(dòng)是否合理、無(wú)突變，一般可根據(jù)整車(chē)和壓縮機(jī)總成NVH測(cè)試結(jié)果分析壓縮機(jī)總成噪聲與整車(chē)噪聲的關(guān)聯(lián)性，初步判定可能的原因，通過(guò)進(jìn)一步分析壓縮機(jī)內(nèi)部平衡塊、動(dòng)靜盤(pán)、電機(jī)等噪聲強(qiáng)關(guān)聯(lián)零部件對(duì)該噪聲問(wèn)題的影響，尋找優(yōu)化方案，進(jìn)行改進(jìn)并加以驗(yàn)證。此外，壓縮機(jī)噪聲一般通過(guò)空氣和固體兩個(gè)途徑傳遞到乘員艙，因此也可根據(jù)噪聲頻率對(duì)這兩個(gè)傳遞路徑進(jìn)行分析。其中，空調(diào)管路是最主要的固體傳遞路徑。

本文針對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)熱泵系統(tǒng)壓縮機(jī)NVH開(kāi)發(fā)驗(yàn)證問(wèn)題，對(duì)壓縮機(jī)噪聲及其傳遞進(jìn)行分析及優(yōu)化，以提高車(chē)輛的舒適性。

2電動(dòng)壓縮機(jī)噪聲源改善

電動(dòng)壓縮機(jī)的NVH問(wèn)題可以用響度、尖銳度、語(yǔ)音清晰度、粗糙度、音調(diào)度等聲品質(zhì)客觀參量進(jìn)行分析。陳江艷等發(fā)現(xiàn)不同場(chǎng)點(diǎn)、不同轉(zhuǎn)速下壓縮機(jī)的聲品質(zhì)客觀參量值差異明顯，且隨轉(zhuǎn)速變化，各參量的變化趨勢(shì)各不相同，但特征響度及其峰值的頻帶分布只與場(chǎng)點(diǎn)位置有關(guān)，與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。羅穎等通過(guò)壓縮機(jī)配重優(yōu)化與零件加工結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低了壓縮機(jī)振動(dòng)激勵(lì)，有效改善了車(chē)內(nèi)噪聲與振動(dòng)。邱琳通過(guò)優(yōu)化空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制策略避開(kāi)支架1階模態(tài)頻率、改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下降速度、消減壓縮機(jī)內(nèi)部動(dòng)靜盤(pán)運(yùn)行不良摩擦等措施，改善了壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲。譚雨點(diǎn)等通過(guò)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)生共振是壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲問(wèn)題的主要原因，提出優(yōu)化支架及框梁結(jié)構(gòu)的方案，有效降低了車(chē)內(nèi)噪聲和振動(dòng)。

針對(duì)電動(dòng)壓縮機(jī)的噪聲問(wèn)題，應(yīng)優(yōu)先確認(rèn)其振動(dòng)及噪聲水平，盡可能對(duì)壓縮機(jī)自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析以尋找優(yōu)化方案。

2.1電動(dòng)壓縮機(jī)平衡塊質(zhì)量及角度優(yōu)化

某純電動(dòng)汽車(chē)熱泵系統(tǒng)在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)6100r/min 時(shí)的車(chē)內(nèi)噪聲主觀評(píng)價(jià)結(jié)果為無(wú)法接受，對(duì)整車(chē)開(kāi)展空調(diào)開(kāi)啟狀態(tài)下的駕駛員右耳處噪聲測(cè)試，結(jié)果如圖1所示。當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到6100r/min 以上時(shí)，1階噪聲聲壓級(jí)明顯超過(guò)目標(biāo)值，最大超出目標(biāo)值約19dB（A）。

對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行臺(tái)架測(cè)試，壓縮機(jī)單件振動(dòng)和噪聲測(cè)試結(jié)果如表1所示。

由表1可知，電動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò) 6000r/min 后振動(dòng)水平急劇惡化，3個(gè)方向上的惡化程度排序?yàn)閆向最大 ??X 向次之、Y向最小，因此判斷壓縮機(jī)內(nèi)部零部件動(dòng)平衡可能存在問(wèn)題。壓縮機(jī)動(dòng)平衡測(cè)試結(jié)果表明，其動(dòng)不平衡量高達(dá) 48.2g?cm 。對(duì)平衡塊進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，調(diào)整前、后對(duì)比結(jié)果如表2所示。

改進(jìn)后，壓縮機(jī)單件各向振動(dòng)和噪聲均明顯改 善，臺(tái)架測(cè)試結(jié)果如表3所示。

將改進(jìn)后的壓縮機(jī)安裝到整車(chē)，進(jìn)行NVH測(cè)試，結(jié)果如圖2所示，車(chē)內(nèi)噪聲改善明顯，基本達(dá)到目標(biāo)要求，主觀評(píng)價(jià)結(jié)果為可以接受。

2.2 電動(dòng)壓縮機(jī)電機(jī)24階次電磁力優(yōu)化

某純電動(dòng)汽車(chē)熱泵系統(tǒng)工作時(shí)的主觀評(píng)價(jià)結(jié)果為無(wú)法接受，具體表現(xiàn)為壓縮機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)車(chē)內(nèi)存在明顯的“鳴鳴”聲。對(duì)整車(chē)開(kāi)展空調(diào)開(kāi)啟狀態(tài)下的駕駛員左耳處噪聲測(cè)試，壓縮機(jī)在 1150r/min 和1200r/min 轉(zhuǎn)速條件下，分別識(shí)別出高達(dá)38＼～48dB（A）的突變?cè)肼暦逯怠?/p>

基于測(cè)試結(jié)果計(jì)算可知， 1150r/min 轉(zhuǎn)速下的460.4Hz 處峰值為24階次， 1200r/min 轉(zhuǎn)速下的479.5Hz 峰值也為24階次。該電動(dòng)壓縮機(jī)電機(jī)為8極12槽方案，即主階次為24階，由此判斷該噪聲較大概率由電動(dòng)壓縮機(jī)電機(jī)24階電磁力激勵(lì)引起。對(duì)電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，在電機(jī)轉(zhuǎn)子外側(cè)規(guī)則的圓弧面上增加輔助槽，如圖3所示。仿真分析結(jié)果表明，該措施可降低電機(jī)的徑向電磁力，進(jìn)而減小24階振動(dòng)和噪聲。

將改進(jìn)方案在整車(chē)上進(jìn)行測(cè)試，壓縮機(jī)低速工作時(shí)，車(chē)內(nèi)23＼～25階電磁噪聲平均降低 7.5dB（A） ，最大降低13.1dB（A），優(yōu)化后與優(yōu)化前的測(cè)試結(jié)果對(duì)比情況如圖4所示，主觀評(píng)價(jià)結(jié)果為可以接受。

3增加壓縮機(jī)聲學(xué)包

某純電動(dòng)汽車(chē)熱泵系統(tǒng)電動(dòng)壓縮機(jī)高頻噪聲明顯偏高，主觀評(píng)價(jià)結(jié)果為不可接受。在駕駛員右耳處進(jìn)行噪聲測(cè)試，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速 800～8000r/min 工況下，壓縮機(jī) 500Hz 以上中、高頻噪聲聲壓級(jí)平均值為33.9dB（A） ，最大達(dá)到 52.4dB（A） ，超出 ?46dB（A） 的目標(biāo)要求，相應(yīng)噪聲主要通過(guò)空氣傳遞到車(chē)內(nèi)。

測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，噪聲峰值出現(xiàn)在 3250Hz 的高頻段，可判斷該噪聲為通過(guò)空氣傳遞的噪聲，故決定采用可有效改善空氣傳遞的聲學(xué)包方案，聲學(xué)包由外層 2mm 厚三元乙丙橡膠（EthylenePropyleneDieneMonomer，EPDM）和內(nèi)層 13mm 厚聚氨酯（PolyUrethane，PU）組成，根據(jù)自身結(jié)構(gòu)和邊界空間需要作局部去料和減薄處理，如圖5所示。

增加聲學(xué)包后，采取相同的測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速 800～8000r/min 工況下，壓縮機(jī) 500Hz 以上中、高頻噪聲聲壓級(jí)平均值為29.1dB（A） ，最大為 43.6dB（A） ，較優(yōu)化前分別降低了4.8dB（A）8.8dB（A），達(dá)到目標(biāo)要求，主觀評(píng)價(jià)結(jié)果為可以接受，測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

1 空調(diào)管路優(yōu)化

某純電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)驗(yàn)證（DesignVerification，DV）階段車(chē)內(nèi)駕駛員右耳處的實(shí)際噪聲水平在壓縮機(jī)部分轉(zhuǎn)速范圍超出目標(biāo)值，最高超出15dB（A）。

經(jīng)分析，壓縮機(jī)自身并沒(méi)有明顯的振動(dòng)和噪聲超標(biāo)問(wèn)題，噪聲表現(xiàn)也不在中高頻段，而將壓縮機(jī)吸、排氣管固定后，主觀感受到噪聲明顯改善，因此，對(duì)空調(diào)管路進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整壓縮機(jī)吸氣管和排氣管走向，以及硬管和膠管長(zhǎng)度，如圖7、表4所示。

經(jīng)整車(chē)測(cè)試驗(yàn)證，空調(diào)管路優(yōu)化后車(chē)內(nèi)噪聲改善明顯，如圖8所示，主觀評(píng)價(jià)結(jié)果為可接受。壓縮機(jī)噪聲僅在 1946±50r/min 轉(zhuǎn)速范圍略有超標(biāo)，可通過(guò)調(diào)整壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制策略避開(kāi)該轉(zhuǎn)速段的方法解決。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)4款純電動(dòng)汽車(chē)熱泵系統(tǒng)壓縮機(jī)NVH問(wèn)題進(jìn)行分析及優(yōu)化，得到以下結(jié)論：

a.通過(guò)優(yōu)化平衡塊提升壓縮機(jī)動(dòng)平衡性能，可以改善壓縮機(jī)總成振動(dòng)性能，從而改善壓縮機(jī)及整車(chē)噪聲水平。

b.通過(guò)壓縮機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子增加輔助槽優(yōu)化徑向電磁力可以改善壓縮機(jī)電機(jī)主階次噪聲水平。

c.通過(guò)增加壓縮機(jī)聲學(xué)包可以改善空調(diào)中、高頻噪聲水平。

d.空調(diào)管路設(shè)計(jì)中，通過(guò)縮短壓縮機(jī)端硬管長(zhǎng)度可改善固體傳遞帶來(lái)的壓縮機(jī)噪聲問(wèn)題。

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（責(zé)任編輯白夜）

修改稿收到日期為2024年8月26日。