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整车热管理NVH概述
2022-01-10 20:44:26· 来源：汽车NVH性能开发杂谈
一、汽车热管理简介传统汽车热管理包括暖通空调系统和冷却系统，EV车热管理包括制冷空调系统、电加热系统、热泵空调系统，HEV车型热管理包括发动机冷却、变速箱
一、汽车热管理简介
传统汽车热管理包括暖通空调系统和冷却系统，EV车热管理包括制冷空调系统、电加热系统、热泵空调系统，HEV车型热管理包括发动机冷却、变速箱冷却、电机冷却、电池冷却、CPU冷却等。其中热管理NVH重点关注的系统有空调系统（压缩机、压缩机进排气管、高低压管路、膨胀阀、鼓风机）、冷却系统（冷却风扇、电机水泵、PTC泵）。
二、热管理的NVH需求
新能源汽车与纯燃油汽车最大的区别在于采用不同驱动类型的压缩机，新能源汽车采用电动压缩机，而纯燃油汽车则采用发动机带动的机械式压缩机，其它部件区别不大，新能源汽车空调系统主要采用电力驱动，为了提高性能，将电动机、变频器与压缩机组装成一体，形成全封闭结构。
2.1 新能源压缩机
新能源汽车电动压缩机工作原理：动力电池向压缩机变频器供电，变频器将直流电转化为交流电，向三相永磁同步电机输出交流电，三相永磁同步电机带动涡旋式压缩机运转，将低压气体制冷剂压缩成高压气。涡旋式压缩机结构如下所示。由一个静涡盘和一个动涡盘组成，两个函数方程型线的动、静涡盘相互咬合而成相互啮合，相互错开180°安装。
涡旋式压缩机工作原理如下所示。静涡盘固定在外壳不动，电机偏心轴驱动动涡盘。动涡盘不作旋转，而是作小范围形位移，静涡盘与动涡盘之间的相对位置不断变化，压缩制冷剂，形成高压，从压缩机输出口排出。
2.2传统车压缩机
传统燃油汽车一般使用机械式压缩机，压缩机由发动机提供动力。压缩机与发动机用皮带相连，发动机带动压缩机运转。如图所示。此类压缩机具有结构简单、生产和维修成本低、制冷量大等优点，缺点是需要发动机提供动力，降低了发动机的功率。
传统燃油汽车摆盘式压缩机的组成如下所示：由吸盘、皮带轮、电磁离合器、前端盖、驱动轴、轴承、摆盘、楔形传动板、活塞、缸体、阀体、阀片、调节阀、后端盖、固定螺栓等部件组成。
压缩机运转噪声主要有机械噪声、气动噪声、电磁噪声3类。其机械噪声主要有摩擦噪声、撞击噪声以及结构噪声等。气动噪声主要有排气喷流噪声、排气脉动、吸气紊流噪声和吸气脉动等。
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；在空调压缩机结构上优化方法有a）高压流道结构优化、b）电机转子动平衡优化、c）电机PWM电流正弦波形优化。（3）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。
2.4鼓风机
空调箱主要由分配箱、蜗壳、鼓风机等构成,其中鼓风机是空调箱噪声的主要影响因素。如图所示为空调箱壳体和永磁直流鼓风机。
噪声从频率的角度可以分为离散和宽频噪声, 鼓风机噪音本质上是离散噪声与宽带噪声的叠加。宽带噪声指由湍流引起的噪声, 主要包括：1)边界层中的湍流；2)来自固体表面的涡流脱落; 3) 脱流来流和固体表面的撞击。离散噪声：叶轮叶片的旋转压力场和压力脉动与固体壁面相互作用产生的噪声。
针对鼓风机常用降噪方法：1) 增加蜗舌间隙；2) 倾斜蜗舌的方法。
2.5 冷却风扇
冷却风扇单体的性能影响因素主要包括风扇叶片数目、叶片安装角、风扇转速、风扇直径大小、叶片间的间距，以及风扇翼型的选择和制作风扇的材料等。
冷却风扇的噪声通常来自风扇运转噪声及风扇运转产生的振动通过结构传递至车内形成的噪声两方面。风扇运转噪声主要表现为窄带谐波噪声和宽频噪声的特征。这种噪声频带较宽，频率也相对较高，较容易被接受。风机运转中产生不平衡时会产生振动并容易通过结构传递至车内，在车内产生显著的低频噪声，给驾乘人员造成严重的压耳感。
针对风扇噪声的优化方法有选择较好的冷却风扇单体和选择较好的散热器以及冷却风扇匹配模式。
三、热管理的NVH要求
3.1空调主机振动噪声
（1）压缩机辐射噪声（台架）
压缩机台架辐射噪声声压级需要控制57-61-65-67-70-72dB@3000-4000-5000-6000-7000-8000rpm，各档位噪声控制在最低档与最高档33(dB(A))～63dB(A)，压缩机排气压力脉冲≤13000(在低压压力2.93bar，高压压力16.7bar。
（2）压缩机支架
安装状态下的钣金支架模态-压缩机+支架对地>300Hz；压缩机+支架+动总>280Hz，支架二级隔振安装点处的动刚度>1000 N/mm；压缩机共振频率＞400 Hz。
（3）进风口管道
声压级要求1/3Octave≤25-55-55-40dB@25-125-2000-10000Hz。
（4）管路要求
空调软管长度>400，空调软管弯度90°～135°。
3.2冷却风扇和前端的振动噪声
（1）冷却风扇引起的车内噪声、振动
冷却系统引起的车内振车内噪声40（maximal speed），冷却系统引起的车内振动方向盘:1m/s,座椅0.3 m/s。
（2）风扇本体
带前端模块的的风扇辐射声压级<69（maximal speed），风扇控制转速PWM要求最大转速小于2000rpm，不平衡量≤20，冷却模块隔振大于15。
3.3水泵振动噪声
本体噪声小于＜45dB(A)，水泵引起的车内噪声＜30 dB(A)。
四、典型热管理问题优化方法
HVAC主机Hiss声优化方法：1.HVAC主机内部隔振优化；2.HVAC内部流道和管路布置方式优化；3.系统压力和膨胀阀的优化。
HVAC主机风声优化方法：1.CFD结果的评估，风速和流场的控制；2.内部结合部位的密封；3.风道、HVAC、IP的配合。
HVAC主机电刷声优化方法：电机的质量控制。
冷却风扇和前端噪声某一转速声音大/振动大优化方法：1.前端减震垫的要求（控制前端固有频率）；2.风扇转速的控制。
冷却风扇和前端噪声拍振优化方法：调整风扇的转速，前端减震垫和其他频率的耦合控制发动机转速偏差。
压缩机启动噪声优化方法：1.采用全周橡胶吸盘；2.压缩机管路设计避免积液；3.TXV的反应速度和系统匹配。
压缩机速啸叫优化方法：1.压缩机和发动机固有模态控制范围；2.管路局部模态控制范围，3.铝管和软管的布置，局部固有频率；4.管夹位置优化，管夹安装点动刚度。
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