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汽车散热器总成对NVH 的影响分析
2021-09-12 12:35:19· 来源：汽车NVH云讲堂
[摘要]：散热器总成用于汽车上冷却部件散热，这些部件包括散热器，冷凝器，中冷器以及电子风扇等。散热器总成通过软垫安装于车身的最前端，电子风扇旋转过程中的
[摘要]：散热器总成用于汽车上冷却部件散热，这些部件包括散热器，冷凝器，中冷器以及电子风扇等。散热器总成通过软垫安装于车身的最前端，电子风扇旋转过程中的不平衡力产生的振动激励传递到车内从而导致振动噪声问题。本文基于隔振理论讨论了散热器总成软垫的刚度设计要求，并基于传递率得到散热器总成软垫车身安装点的动刚度要求，同时研究了散热器的质量和软垫刚度组成的振动系统对整备车身一阶弯曲模态影响，最后探讨了散热器总成刚体模态及电子风扇激励频率对应的整车模态分布情况。
关键词：散热器总成；电子风扇；整备车身；NVH；模态分布
前言
汽车在运行过程中，为使汽车动力总成能在所有工况下都保持在适当的温度范围内，并且满足空调系统的正常使用，需要对各系统的冷却液进行冷却。整车包括多个冷却系统：发动机通过散热器进行冷却；自动变速箱通过变速箱油冷器进行冷却；增压发动机的增压器通过中冷器进行冷却；空调系统通过散热器进行冷却等。不同配置的车型所包含的冷却部件不同，如非增压发动机就没有中冷器。这些冷却部件通常一起安装在汽车的最前端，通过电子风扇来加速冷却。所有的冷却部件及电子风扇组成一个总成，本文称之为散热器总成。汽车行驶过程中或冷却风扇开始工作时，空气从散热器周围高速流过以增强对冷却液的冷却。
汽车散热器总成安装于汽车的前端，通过四个软垫安装于车身上。由于冷却的需求，电动车的散热器一般为双风扇（如图1 所示），汽油车的风扇一般为单风扇。电子风扇旋转过程中，存在不平衡力产生的振动激励，振动通过散热器软垫传递到车身，从而引起振动噪声及不舒适问题。
本文首先讨论了散热器的激励，其次基于隔振理论讨论了散热器总成软垫的刚度设计要求，并基于传递率探讨散热器总成软垫车身安装点的动刚度设计要求，同时研究了散热器的质量和软垫刚度组成的振动系统对整备车身一阶弯曲模态影响，最后探讨了散热器总成刚体模态及电子风扇激励频率对应的整车模态分布情况。
1 散热器激励
由于制造误差导致的叶片分布不均匀，叶轮孔和旋转轴在装配过程中存在的装配误差等因素，造成风扇的物理质心与转轴惯性中心不在同一轴上，便会造成风扇的旋转不平衡，转子不平衡造成偏心距，汽车电子风扇转动时，由于离心力的作用产生作用力到旋转轴而形成振动，且振动通过旋转轴传递的散热器总成，并通过散热器橡胶软垫传递到车身。
风扇叶片的质量不平衡引起的振动频率基频为：
式中：f 为风扇叶片质量不平衡时的振动频率，Hz；n 为叶轮工作时转速，r/min。风扇的激励力同风扇的不平衡量有关，不平衡量越大，风扇的激励越大，所以在前期控制时风扇的不平衡量越小越好，但是过小的不平衡量会影响到样件的合格率降低，并且导致成本提升，所以需要性能与成本平衡，将风扇的静不平衡量控制一个范围内，一般要求为低于15g ∙ mm。
某电动车双风扇怠速空调开时运行转速分别为2310r/min 和2760r/min，对应风扇激励频率基频为38.3Hz 和46Hz，图2 为散热器软垫车身侧安装点的响应，从中可以看出，主要贡献峰值为散热器的基频，响应峰值较高，且频带较窄。
2 散热器的隔振控制
2.1 散热器总成的隔振率要求
隔振就是物体之间的振动传递关系，减少相互间所传递的振动量。隔振类型一版分为两类：第一类是隔力，通过弹性支撑来隔离振源传递到基础的力。第二类是隔幅，即通过弹性支撑减小基础传递到设备的振动幅值。
电子风扇旋转产生的振动，通过弹性元件连接风扇和车身安装点，从而消减振动传递到车身上，达到减震降噪的目的，此为第一类隔力。图二中散热器总成质量为m，散热器软垫刚度和阻尼为k 和c，车身为基础。散热器系统隔力简化模型如图3 所示。
可以建立物体的运动方程如式
所以对于单自由度系统而言，隔振系数的计算公式[1]如(2-3)所示。
式中：ζ=c/c0；γ=ωj/ωn；η为隔振系数；ωj为激励频率；ωn为隔振系统的固有频率；c 为粘性阻尼系数；c0临界阻尼系数
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