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電動汽車空調(diào)系統(tǒng)常見噪聲振動問題及優(yōu)化方法

2020-03-24 21:54:26·  來源：汽車熱管理之家  
　
1.空調(diào)壓縮機噪聲空調(diào)壓縮機是給空調(diào)系統(tǒng)冷媒循環(huán)提供驅(qū)動力的裝置。當(dāng)車內(nèi)空調(diào)開啟時，空調(diào)壓縮機壓縮氣態(tài)冷媒為高溫液態(tài)，經(jīng)冷凝器冷卻后通過膨脹閥氣化吸熱，
1.空調(diào)壓縮機噪聲
空調(diào)壓縮機是給空調(diào)系統(tǒng)冷媒循環(huán)提供驅(qū)動力的裝置。當(dāng)車內(nèi)空調(diào)開啟時，空調(diào)壓縮機壓縮氣態(tài)冷媒為高溫液態(tài)，經(jīng)冷凝器冷卻后通過膨脹閥氣化吸熱，降低蒸發(fā)器溫度，在鼓風(fēng)機作用下為車內(nèi)提供冷風(fēng)。該樣車空調(diào)壓縮機為渦旋式電動壓縮機[3-4]，布置于驅(qū)動電機外側(cè)端蓋經(jīng)懸置隔振。整車定置開啟空調(diào)工況，空調(diào)壓縮機轉(zhuǎn)速恒定為 2500rpm，工作轉(zhuǎn)速較高且振動激勵較大，引起車內(nèi)噪聲大及方向盤振動大。經(jīng)測試主要貢獻(xiàn)階次為壓縮機基頻41.8Hz。（見表4和圖16優(yōu)化前）。
整車定置車內(nèi)空調(diào)壓縮機噪聲振動優(yōu)化方向：
（1）優(yōu)化控制面板，降低空調(diào)壓縮運行轉(zhuǎn)速；
（2）優(yōu)化降低空調(diào)壓縮機單體運行振動噪聲；
空調(diào)壓縮機控制面板優(yōu)化[9]。
對整車空調(diào)壓縮機進(jìn)行 1000-3000rpm轉(zhuǎn)速掃頻測試分析，結(jié)果見圖13-14?？照{(diào)壓縮機在2100rpm時與低速檔冷卻風(fēng)扇2100rpm偶合，在2000rpm時與方向盤橫向和垂向模態(tài)分別為32.6Hz和33.5Hz偶合產(chǎn)生共振拍頻。故優(yōu)化空調(diào)面板控制策略，壓縮機轉(zhuǎn)速根據(jù)車內(nèi)溫度自適應(yīng)調(diào)節(jié)1500-2000rpm，車內(nèi)溫度穩(wěn)定后工作轉(zhuǎn)速約 1800rpm，避開了方向盤模態(tài)和冷卻風(fēng)扇基頻。
 
圖14 空調(diào)壓縮機轉(zhuǎn)速掃頻車內(nèi)駕駛員右耳噪聲
 
圖15 空調(diào)壓縮機轉(zhuǎn)速掃頻車內(nèi)方向盤振動
空調(diào)壓縮機本體優(yōu)化：
對空調(diào)壓縮機單體進(jìn)行2500rpm定轉(zhuǎn)速臺架測試分析，其近場噪聲及殼體振動相對較大，故而在空調(diào)壓縮機結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化[10]：
（1）高壓流道結(jié)構(gòu)優(yōu)化；
（2）電機轉(zhuǎn)子動平衡優(yōu)化；
（3）電機PWM電流正弦波形優(yōu)化。
空調(diào)壓縮機優(yōu)化后進(jìn)行臺架測試驗證，空調(diào)壓縮機殼體振動及近場噪聲有明顯改善，結(jié)果對比見表3。
表3 臺架-空調(diào)壓縮機2500rpm噪聲振動結(jié)果對比
 
經(jīng)整車測試驗證，同時優(yōu)化空調(diào)壓縮機及控制面板后，整車定置開空調(diào)工況，車內(nèi)噪聲及方向盤振動明顯改善，結(jié)果見表4及圖15優(yōu)化后。
表4 整車定置開空調(diào)車內(nèi)噪聲振動驗證結(jié)果
 
 
圖16 整車定置開空調(diào)車內(nèi)駕駛員右耳噪聲優(yōu)化前后對比
空調(diào)壓縮機應(yīng)布置于動總上經(jīng)懸置隔振，壓縮機管路與車身接附點應(yīng)有隔振設(shè)計，壓縮機高壓出管與低壓進(jìn)管應(yīng)設(shè)計足夠長度軟管以利于振動解耦衰減；空調(diào)壓縮機支架應(yīng)避免懸臂結(jié)構(gòu)，盡量提升支架模態(tài)頻率；在滿足冷卻要求前提下，盡量降低壓縮機工作轉(zhuǎn)速，且要與冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和方向盤固有頻率避頻。
2.電子冷卻水泵噪聲
電子冷卻水泵作用是驅(qū)動水循環(huán)系統(tǒng)為電機及控制器提供冷卻，當(dāng)整車在進(jìn)入動力輸出工況時（即D擋/R擋），電子冷卻水泵開啟運行。該樣車電子冷卻水泵布置于動總減速器上，經(jīng)水泵U型橡膠支架及懸置二級隔振，但水管管夾直接固定于車身前橫梁，且管路過盈卡接于前端框架。整車在定置狀態(tài)P擋/N擋切換到D擋/R擋時，車內(nèi)背景噪聲極低，主觀評價電子冷卻水泵啟動噪聲相對明顯，易被客戶感知。經(jīng)測試分析，電子冷卻水泵噪聲主要貢獻(xiàn)頻率為基頻78Hz、諧頻 310Hz、387Hz、464Hz、542Hz，見圖17紅色曲線，通過管路由前端框架和車身前橫梁管夾傳遞到車內(nèi)。
對水管管路隔振進(jìn)行優(yōu)化，如圖17所示：
（1）管夾1優(yōu)化為隔振管夾；
（2）前端框架與水管之間卡接增加隔振墊。
 
圖17 電子水泵管路隔振優(yōu)化前后結(jié)構(gòu)對比
經(jīng)整車測試驗證，優(yōu)化后車內(nèi)電子冷卻水泵單體運行諧頻噪聲大幅降低，總聲壓級由原狀態(tài)29.1 dB(A)降低到25.0 dB(A)，改善明顯，見圖18。
 
圖18 定置車內(nèi)駕駛員右耳電子水泵單體噪聲優(yōu)化前后對比
電子冷卻水泵首選應(yīng)布置于動力總成上經(jīng)懸置隔振，其次布置于車身骨架梁上，但須有足夠隔振設(shè)計，管路應(yīng)盡量避免連接在車身結(jié)構(gòu)上，管夾應(yīng)有隔振設(shè)計。
3.空調(diào)輔熱水泵噪聲
空調(diào)輔熱水泵作用是為空調(diào)輔熱系統(tǒng)水循環(huán)提供動力。當(dāng)車內(nèi)暖風(fēng)輔熱開啟時，PTC加熱提升水溫，空調(diào)輔熱水泵運行驅(qū)動水路循環(huán)，通過蒸發(fā)器給車內(nèi)供暖。該樣車空調(diào)輔熱系統(tǒng)采用單水泵驅(qū)動，水泵單體噪聲振動較大，且布置于前端框架右側(cè)梁上，隔振設(shè)計不足。主觀評價整車定置開啟暖風(fēng)輔熱工況車內(nèi)噪聲大。經(jīng)測試分析，車內(nèi)噪聲主要貢獻(xiàn)階次為電子冷卻水泵基頻及諧頻，見圖20紅色曲線。
對空調(diào)輔熱水泵結(jié)構(gòu)及隔振優(yōu)化，見圖19：
（1）降低泵體振動及輻射噪聲；
（2）優(yōu)化水泵與車身的隔振。
 
圖19 空調(diào)水泵結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后對比
經(jīng)整車測試驗證，優(yōu)化水泵及隔振支架對車內(nèi)因水泵激勵引起的噪聲有明顯改善。車內(nèi)噪聲輔熱水泵基頻和諧頻大幅降低，總聲壓級由原狀態(tài)50.7 dB(A)降低到38.5 dB(A)，明顯改善，見圖20。
 
圖20 一檔暖風(fēng)車內(nèi)駕駛員右耳噪聲優(yōu)化前后對比
空調(diào)輔熱水泵同電子冷卻水泵首選應(yīng)布置于動力總成上經(jīng)懸置隔振，其次布置于車身動剛度較大骨架梁上，但須有足夠隔振設(shè)計，另外選擇激勵較小的水泵能有效提升其NVH性能。
 
 
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