一文了解汽车空调NVH性能开发

引言

NVH指Noise(噪声),Vibration(振动)和Harshness(声振粗糙度)，业界将噪声、振动与舒适性的英文缩写为NVH，统称为车辆的NVH问题。NVH是衡量汽车制造质量的一个综合性问题，它给汽车用户的感受是最直接和最表面的, 因而对用户来说显得尤为重要。

对于汽车而言，NVH问题是处处存在的，根据问题产生的来源又可分为发动机NVH、车身NVH和底盘NVH三大部分，进一步还可细分为空气动力NVH、空调系统NVH、道路行驶NVH、制动系统NVH等等。本文将围绕汽车空调系统的NVH技术进行叙述。

NO.1  空调系统及其NVH性能概述

汽车空调系统的组成

汽车空调一般主要由压缩机(compressor)、电控离合器、冷凝器（condenser）、蒸发器（evaporator）、膨胀阀(expansion valve)、贮液干燥器（receiver drier）、管道（hoses）、冷凝风扇、真空电磁阀(vacuum solenoid)、怠速器和控制系统等组成。汽车空调管路又分高压管路和低压管路。高压侧包括压缩机输出侧、高压管路、冷凝器、贮液干燥器和液体管路；低压侧包括蒸发器、积累器、回气管路、压缩机输入侧和压缩机机油池。

传统空调的NVH性能主要集中在四个方面，分别是压缩机的辐射噪声、压力脉动、扭矩波动，发动机转速波动和开空调升降速异响。冷却风扇的NVH问题主要有：冷却风扇噪声、冷却风扇煽动平衡和冷却风扇拍频率，鼓风机的NVH性能主要有：鼓风机噪声、电机异响、电机电刷噪声、鼓风机动平衡。



新能源汽车空调系统NVH性能要求则更高一点，电动压缩机会出现压缩机辐射噪声问题以及一阶振动问题。暖风水循环容易有暖风水路流水问题，水泵还有振动噪声问题，热泵空调管路会出现冷媒流动声问题以及阀门切换声问题。



通常来说，空调系统NVH问题的产生是因为在空调系统性能开发前期设计里，没有把空调系统NVH性能指标作为设计目标要求，没有进行目标分解，没有进行针对性或者兼顾性开发，没有纳入开发节点各环节。因此，在开发前，有必要对NVH性能进行目标设定，并逐步规划好开发阶段。

NO.2  空调系统NVH性能的开发过程

空调系统NVH性能的开发过程主要分为4个阶段：产品概念设计阶段、产品详细设计阶段、产品设计验证阶段和生产准备阶段。

在产品概念设计阶段，首先要进行竞品分析，根据研发车型的市场定位，以及对目标消费人群的分析，确定几个对标车型。根据整车和系统的目标值，制定对标车型测试计划，测试对标车型的性能参数，并对主要的设计方案和关键尺寸进行测量和记录，最终形成对标报告。

之后要依据造型、成本、环境件和沿用件等输入的综合分析，写出整车的空调系统振动噪声开发策略，包括对零部件选型、零件安装和几何匹配、软件方案和模态匹配的建议，并综合运用仿真和试验的方法，证明上述建议可以达到整车空调系统振动噪声目标值。



依据竞品分析和开发策略，设定整车目标，即：与车型平台和使用工况密切结合的目标值振动噪声体系，输入产品品牌的定位，市场反馈、客户需求以及对标数据库。

最后依据空调系统的主要构成对其进行目标分解。目标大体上可以分为空调管路的软管长短，消声器布置的空间，压缩机的辐射噪声、压力脉动、支反力，HVAC空调总成的鼓风机动平衡、电机异常响动、电机破刷声和风门切换声，冷却风扇的辐射噪声、煽动平衡及电机异响。



在产品详细设计阶段，根据从整车空调系统NVH目标分解值分解而成的零部件NVH目标值对HVAC空调总成、压缩机、冷却风扇和鼓风机分别制定零部件级别的目标值，根据供应商提供的选型前的实验报告判断NVH风险，制定防止措施或者提出选型建议。由产品工程师整合在零部件选型的技术建议中。



在布置校检阶段，要对出风口面积（有效面积）、空调软管长度、鼓风机进风口DMU、暖风水管管路、空调风管压降、通过噪声和压损，外循环进风口面积等进行校对核准。同时也要对出风口噪声、风速和压损、双腔扩张衰减率进行仿真分析。

在产品设计验证阶段，首先要对空调系统进行验证，验证结束后进行整车匹配和优化。最后进入生产准备阶段，要特别注意控制生产的一致性



综上所述，空调NVH的总体开发思路可以可以概括为以下流程



NO.3  案例介绍

开空调压缩机方向盘抖动分析空调的振动传递：在发动机怠速工况下，开空调压缩机后方向盘抖动出现，抖动无法容忍。

开启出压缩机以外的其他用电设备如大灯音响系统后，方向盘也抖动，但幅度有所不同，可以初步得出结论是由于发动负荷变大振动变大造成的问题。从悬置、方向盘的模态，刚度等分析，查出悬置刚度隔振量不满足要求， 方向盘模态也不满足要求； 从发动机ECU扭矩补偿量分析，通过调整扭矩补偿量可以改善，减小振动。因此，方向盘抖动是综合的NVH问题，可以通过优化悬置刚度、优化方向盘模态为 Hz，调整了ECU扭矩补偿量， 最终解决问题。

结构传递典型案例 ：在空调后鼓风机开启4档和5档，中通道手扶箱盖板振动明显。问题的原因可能是从振动传递路径分析，见下图:



由此可以看出振动是由硬性联接造成的， 可以通过增加橡胶垫解决。

暖风系统典型案例： 发动机启动瞬间，特别是冷车状态下，仪表台下有1-2S时长的“哗啦啦”流水声。初步判断是加热器芯体内有空气造成，根据发动机冷却系统循环原理可以的出结论：发动机小循环冷却系统中存在空气致使发动机启动瞬间存在流水声。根本原因是发动机小循环冷却系统不能排气，大循环很难排气。



NO.4  未来汽车空调系统NVH性能挑战

随着空调系统技术的不断发展，未来空调的压缩机转速更高，给空调NVH性能带来的挑战就越多：


对此，要严格控制压缩机的噪声，尽量采用纵向压缩机布置、压缩隔振或二级隔振。加强空调管路置顶隔振；采用更大长度的或者更低刚度的空调软管；严格阀门选型控制阀门噪声；优化暖风水管回路设计。空调软件标定方面，制定压缩机转速限速和避频策略、制定暖风水泵启动策略、考虑消除冷媒流动声的冷却风扇转速标定。