空調壓縮機支架與發動機共振問題的優化

吳濤，孫強（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

空調壓縮機支架與發動機共振問題的優化

吳濤，孫強
（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：針對空調壓縮機支架與發動機之間的共振問題，通過改變壓縮機支架的結構及固定方式，提高壓縮機支架在發動機上的模態強度，增大壓縮機支架與發動機之間的頻率比，達到優化壓縮機支架與發動機之間共振問題的目的，經試驗驗證及主觀NVH評價，效果均有明顯改善。

關鍵詞：壓縮機支架；發動機；共振；模態；NVH

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.019

CLC NO.: U464.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-48-02

引言

隨著現在市場對整車噪音（NVH）越來越高的要求，空調系統的噪音性能也越來越受重視。汽車行駛時出現的共振問題，常表現為在某個特定轉速時，車內噪音明顯增大，以及特定轉速時，從方向盤、底盤等部位傳遞至乘客身上的振動感明顯增強，嚴重時甚至會伴隨有共鳴音，對車內乘客的耳膜壓迫較大，嚴重影響車內乘坐的舒適性。本論文主要針對某款車型空調壓縮機支架與發動機共振問題提出某種解決方案，為解決類似問題提供參考。

1、問題描述

對某款車型進行車內噪音主觀評價，本文以3檔WOT全油門加速模式，對整車該車850轉～3500轉時的車內噪音進行主觀評審，結果顯示，該車在其余轉速時噪音及振動均可接受，但在發動機2300轉及3300轉左右時，車內噪音明顯增大，方向盤及底盤的振動感明顯增強且伴有強烈的耳膜壓迫感，主觀評價無法接受。

2、原因分析

傳遞至基礎力上的幅值，與激振力的幅值之比的絕對值稱為傳遞率，傳遞率的計算公式：

其中，Fb為基礎力的幅值，F為激振力的幅值，r為頻率比。由公式可知，要使傳遞至基礎力上的幅值，小于激振力的幅值，也就是T＜1，需要滿足

即如果需要完全避免共振問題，激振頻率與系統固有頻率之間的比值，需要大于1.4倍以上。同時，由公式可知，在r＞1時，r越大，減震效果越好。

經實際測量，壓縮機支架本身的固有模態為212.4HZ，無法滿足大于發動機本身點火頻率（200HZ）的1.4倍的要求，故初步判斷，壓縮機支架本身固有模態較低，為該車震動現象的主要因素。

為了驗證壓縮機支架的模態的確是導致發動機2300轉、3300轉共振的主因，對該車壓縮機支架進行配重處理，相應試驗結果如圖1所示：

圖1中，實線為壓縮機支架配重前數據，虛線為壓縮機支架配重后數據，從試驗結果來看，壓縮機支架配重后，四階噪音曲線和六階噪音峰值明顯降低，同時整車在發動機2300轉/3300轉時的噪音曲線峰值隨四階、六階相應峰值降低而降低，所以判斷，該共振問題是由于壓縮機支架造成。

3、解決方案

前述查明該共振問題，是由于壓縮機支架本身固有模態不足導致，故針對壓縮機支架本身的固有模態，制定相應解決方案。

對原有支架進行有限元分析，檢驗該支架剛度薄弱點，并進行優化。從前述公式來看，壓縮機支架固有頻率與階次激勵頻率之間的比例，r＞1之后，r越大，共振力受到的阻尼就越大，減震效果也就越好。

由于支架本身的模態頻率可通過改變支架的結構、提升支架剛度等方式進行優化，故針對該車的實際情況，在盡可能不變更其余零部件的情況下，將該車壓縮機支架本身的剛度進行優化，模擬結果如圖2所示：

從模擬結果來看，優化前的支架固有模態為202.8HZ，優化后的支架，固有模態為229.5HZ，支架強度約提升13.2%。

按數模進行實物樣件制作，并對新壓縮機支架進行錘擊法模態測量實驗，結果如圖3所示：

從試驗結果來看，實物樣件的固有模態，分別為212.4HZ 和239.9HZ，實物相對于模擬結果略有偏差，但效果更好，相比于整改前212.4HZ的固有模態，整改后壓縮機支架固有模態頻率增加到239.9HZ，相較于原本壓縮機支架的固有模態，支架強度約提升12.9%左右。

4、效果驗證

隨機選取該車型一款車輛進行摸底測量，再一次確認共振現象之后，將優化后的新壓縮機支架安裝在該試驗車上，并將原支架與新支架全油門加速試驗數據進行對比，如圖4所示：

實線為新狀態壓縮機支架數據，虛線為狀態數據，從試驗結果可以看出，2300轉的六階激勵頻率時，新壓縮機支架最高峰頻率由原本的2300轉左右后移至2400轉左右，而由于新壓縮機結構增強、阻尼變大的原因，導致新壓縮機的振動加速度明顯變小，振動幅值明顯降低，在圖4上的體現就是噪音聲壓級明顯降低，該車發動機噪音隨轉速的提升而提升，平順性較好；同理，3300轉的四階激勵頻率由原本的3300轉后移至3700轉左右，原噪音聲壓級峰值也同樣具有明顯下降的現象。

經前后組織主觀評審確認，整車噪音平順性有明顯提升，發動機800轉～3500轉的噪音體驗中，無共振、共鳴音等現象出現，表現較好。

5、結論

在壓縮機支架設計階段，應該充分考慮到支架與發動機之間共振的可能性，根據發動機的構成計算出對支架剛度的最低要求，然后對支架進行剛度優化設計，壓縮機支架本身的固有模態提升越大，共振的可能就越小，如條件允許，應盡量保持壓縮機支架剛度在階次激勵頻率的1.4倍以上。

參考文獻

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Air conditioning compressor bracket and engine optimization resonance problem

Wu Tao, Sun Qiang
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Abstract:According to the resonance problem between the bracket and theengine air conditioning compressor, by changing the structure of the compressor bracket and fixing way, improving the modeintensity compressor bracket on the engine, to solve theresonance problem between the compressor bracket and the purpose of engine, verified by test and subjective evaluation, the effect of significantly improved.

Keywords:Compressor; Engine; Resonance; Modality; NVH

作者簡介：吳濤，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術中心。

中圖分類號：U464.9

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-48-02