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电动汽车空调系统常见噪声振动问题及优化方法

2020-03-24 21:54:26·  来源：汽车热管理之家  
　
1.空调压缩机噪声空调压缩机是给空调系统冷媒循环提供驱动力的装置。当车内空调开启时，空调压缩机压缩气态冷媒为高温液态，经冷凝器冷却后通过膨胀阀气化吸热，
1.空调压缩机噪声
空调压缩机是给空调系统冷媒循环提供驱动力的装置。当车内空调开启时，空调压缩机压缩气态冷媒为高温液态，经冷凝器冷却后通过膨胀阀气化吸热，降低蒸发器温度，在鼓风机作用下为车内提供冷风。该样车空调压缩机为涡旋式电动压缩机[3-4]，布置于驱动电机外侧端盖经悬置隔振。整车定置开启空调工况，空调压缩机转速恒定为 2500rpm，工作转速较高且振动激励较大，引起车内噪声大及方向盘振动大。经测试主要贡献阶次为压缩机基频41.8Hz。（见表4和图16优化前）。
整车定置车内空调压缩机噪声振动优化方向：
（1）优化控制面板，降低空调压缩运行转速；
（2）优化降低空调压缩机单体运行振动噪声；
空调压缩机控制面板优化[9]。
对整车空调压缩机进行 1000-3000rpm转速扫频测试分析，结果见图13-14。空调压缩机在2100rpm时与低速档冷却风扇2100rpm偶合，在2000rpm时与方向盘横向和垂向模态分别为32.6Hz和33.5Hz偶合产生共振拍频。故优化空调面板控制策略，压缩机转速根据车内温度自适应调节1500-2000rpm，车内温度稳定后工作转速约 1800rpm，避开了方向盘模态和冷却风扇基频。
 
图14 空调压缩机转速扫频车内驾驶员右耳噪声
 
图15 空调压缩机转速扫频车内方向盘振动
空调压缩机本体优化：
对空调压缩机单体进行2500rpm定转速台架测试分析，其近场噪声及壳体振动相对较大，故而在空调压缩机结构上进行优化[10]：
（1）高压流道结构优化；
（2）电机转子动平衡优化；
（3）电机PWM电流正弦波形优化。
空调压缩机优化后进行台架测试验证，空调压缩机壳体振动及近场噪声有明显改善，结果对比见表3。
表3 台架-空调压缩机2500rpm噪声振动结果对比
 
经整车测试验证，同时优化空调压缩机及控制面板后，整车定置开空调工况，车内噪声及方向盘振动明显改善，结果见表4及图15优化后。
表4 整车定置开空调车内噪声振动验证结果
 
 
图16 整车定置开空调车内驾驶员右耳噪声优化前后对比
空调压缩机应布置于动总上经悬置隔振，压缩机管路与车身接附点应有隔振设计，压缩机高压出管与低压进管应设计足够长度软管以利于振动解耦衰减；空调压缩机支架应避免悬臂结构，尽量提升支架模态频率；在满足冷却要求前提下，尽量降低压缩机工作转速，且要与冷却风扇转速和方向盘固有频率避频。
2.电子冷却水泵噪声
电子冷却水泵作用是驱动水循环系统为电机及控制器提供冷却，当整车在进入动力输出工况时（即D挡/R挡），电子冷却水泵开启运行。该样车电子冷却水泵布置于动总减速器上，经水泵U型橡胶支架及悬置二级隔振，但水管管夹直接固定于车身前横梁，且管路过盈卡接于前端框架。整车在定置状态P挡/N挡切换到D挡/R挡时，车内背景噪声极低，主观评价电子冷却水泵启动噪声相对明显，易被客户感知。经测试分析，电子冷却水泵噪声主要贡献频率为基频78Hz、谐频 310Hz、387Hz、464Hz、542Hz，见图17红色曲线，通过管路由前端框架和车身前横梁管夹传递到车内。
对水管管路隔振进行优化，如图17所示：
（1）管夹1优化为隔振管夹；
（2）前端框架与水管之间卡接增加隔振垫。
 
图17 电子水泵管路隔振优化前后结构对比
经整车测试验证，优化后车内电子冷却水泵单体运行谐频噪声大幅降低，总声压级由原状态29.1 dB(A)降低到25.0 dB(A)，改善明显，见图18。
 
图18 定置车内驾驶员右耳电子水泵单体噪声优化前后对比
电子冷却水泵首选应布置于动力总成上经悬置隔振，其次布置于车身骨架梁上，但须有足够隔振设计，管路应尽量避免连接在车身结构上，管夹应有隔振设计。
3.空调辅热水泵噪声
空调辅热水泵作用是为空调辅热系统水循环提供动力。当车内暖风辅热开启时，PTC加热提升水温，空调辅热水泵运行驱动水路循环，通过蒸发器给车内供暖。该样车空调辅热系统采用单水泵驱动，水泵单体噪声振动较大，且布置于前端框架右侧梁上，隔振设计不足。主观评价整车定置开启暖风辅热工况车内噪声大。经测试分析，车内噪声主要贡献阶次为电子冷却水泵基频及谐频，见图20红色曲线。
对空调辅热水泵结构及隔振优化，见图19：
（1）降低泵体振动及辐射噪声；
（2）优化水泵与车身的隔振。
 
图19 空调水泵结构优化前后对比
经整车测试验证，优化水泵及隔振支架对车内因水泵激励引起的噪声有明显改善。车内噪声辅热水泵基频和谐频大幅降低，总声压级由原状态50.7 dB(A)降低到38.5 dB(A)，明显改善，见图20。
 
图20 一档暖风车内驾驶员右耳噪声优化前后对比
空调辅热水泵同电子冷却水泵首选应布置于动力总成上经悬置隔振，其次布置于车身动刚度较大骨架梁上，但须有足够隔振设计，另外选择激励较小的水泵能有效提升其NVH性能。
 
 
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