汽車空調(diào)壓縮機(jī)支架NVH性能分析

孫強(qiáng)，陳昌瑞，杜士云

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽車空調(diào)壓縮機(jī)支架NVH性能分析

孫強(qiáng)，陳昌瑞，杜士云

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章基于整車 NVH性能對汽車空調(diào)壓縮機(jī)及支架開展分析測試，帶單獨(dú)壓縮機(jī)支架的系統(tǒng)，模態(tài)需達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)，通過在空調(diào)管路上增加隔振，減振等措施衰減共振頻率。對于無單獨(dú)壓縮機(jī)支架在裝配精度，振動模態(tài)上有比較優(yōu)勢，具有很強(qiáng)的推廣，借鑒意義。

空調(diào)系統(tǒng)；壓縮機(jī)支架

Abstract:This paper is based on the harshness (NVH) performance of automotive air conditioning compressor and support to carry out the analysis test, with a separate compressor bracket system, mode to meet the design requirements.To reach the design requirements of system, through the increase of vibration isolation in the air conditioning pipe on the road, reducing vibration measures such as damping resonance frequency.For no separate compressor bracket in the assembly accuracy,vibration modal on the comparative advantage, have very strong promotion and reference.

Keywords: Air-conditioning system; Compressor bracket

CLC NO.: U463.6 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)18-167-03

引言

NVH，即噪音(Noise)、振動(Vibration)、聲振粗糙度(Harshness)，通俗稱為乘坐的“舒適感”。 汽車空調(diào)運(yùn)行就不可避免地會帶來噪聲，且在汽車噪聲產(chǎn)生的諸多部位中，汽車空調(diào)系統(tǒng)是引起重大噪聲的部件之一。在主機(jī)廠的新車質(zhì)量研究中，空調(diào)系統(tǒng)噪聲問題已引起客戶廣泛關(guān)注，居于新車質(zhì)量問題Top10內(nèi)。因此，如何使汽車空調(diào)噪聲減小以達(dá)到消費(fèi)者的要求，是汽車設(shè)計(jì)者亟需解決的重要問題，也是提升現(xiàn)代汽車市場競爭的關(guān)鍵一環(huán)。

在汽車空調(diào)NVH設(shè)計(jì)中壓縮機(jī)是主要激勵源之一，如何有效解決壓縮機(jī)的NVH是其中的關(guān)鍵要點(diǎn)之一，其中壓縮機(jī)支架又是解決壓縮機(jī)振動傳遞的重要方面。由于壓縮機(jī)支架帶來的問題在各車型中比較常見，朱愛武[1]針對某車型發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速4750r/min產(chǎn)生轟鳴音開展測試研究，經(jīng)測試產(chǎn)生的主要原因是由于壓縮機(jī)支架總成模態(tài)頻 率與發(fā)動機(jī)二階振動頻率共振引起的。蘇俊收[2]針對某壓路機(jī)轉(zhuǎn)速1350r/min左右出現(xiàn)異常振動問題，應(yīng)用有限元軟件分析壓縮機(jī)支架各階固有頻率及振型，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)支架前兩階固有頻率偏低是造成故障的主要原因。劉丹[3]針對某車輛在定置加速試驗(yàn)中，座椅導(dǎo)軌處振動及駕駛員右耳噪聲都存在208Hz共振，經(jīng)測量主要是由于空壓機(jī)及支架與發(fā)電機(jī)支架共振引起的。壓縮機(jī)支架和壓縮機(jī)形成一個質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)，如果外界的激勵頻率與此頻率一致時，就會產(chǎn)生共振。綜上，壓縮機(jī)支架在NVH設(shè)計(jì)過程中首要考慮的與發(fā)動機(jī)的激勵頻率及周邊部件的頻率避開，另外，從問題的解決思路上，可以通過優(yōu)化空調(diào)管，利用空調(diào)管對振動進(jìn)行衰減或者優(yōu)化壓縮機(jī)在發(fā)動機(jī)的安裝，取消壓縮機(jī)支架，從而從根本上解決由于壓縮機(jī)支架帶來的NVH問題。

1 壓縮機(jī)及支架避頻設(shè)計(jì)

壓縮機(jī)支架避頻是當(dāng)下設(shè)計(jì)的主要方法，發(fā)動機(jī)頻率公式：

其中n-發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，Z-發(fā)動機(jī)汽缸數(shù)，i-諧波次數(shù)

例如，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍（750~5500）r/min，4缸發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)基頻范圍：(25~200)Hz。為有效避頻壓縮機(jī)及支架模態(tài)頻率f≥1.414×F，壓縮機(jī)及支架頻率大于283Hz。可有效避頻。

某車型，在3檔全油門工況下3200rpm左右存在噪聲峰值，經(jīng)分析發(fā)動機(jī)4階頻率213Hz，經(jīng)測試壓縮機(jī)支架模態(tài)頻率206Hz，壓縮機(jī)支架頻率與發(fā)動機(jī)激勵頻率沒有實(shí)現(xiàn)有效避頻率，對壓縮機(jī)支架開展優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖1 壓縮機(jī)支架優(yōu)化方案

優(yōu)化的主要方案是在原壓縮機(jī)支架上增加一個固定點(diǎn)提升壓縮機(jī)模態(tài)。

表2 單壓縮機(jī)支架模態(tài)

經(jīng)分析，壓縮機(jī)支架模態(tài)較原先有提升，壓縮機(jī)及支架模態(tài)由 216Hz提升至 267Hz。（壓縮機(jī)支架由于受發(fā)動機(jī)安裝點(diǎn)的約束條件，無法提升至＞280Hz）。測試支架半約束模態(tài)（不安裝空壓機(jī)）、空壓機(jī)附件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模態(tài)。

圖2 壓縮機(jī)及支架模態(tài)測試

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)響應(yīng)見圖3和表3。

圖3 壓縮機(jī)及支架模態(tài)測試響應(yīng)圖

表3 壓縮機(jī)及支架模態(tài)測試

經(jīng)測試新支架系統(tǒng)共振頻率較原始略有提高，但效果不明顯。新老支架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)響應(yīng)在（200~250）Hz。新支架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)響應(yīng)（242Hz），對噪聲表現(xiàn)會有惡化效果，與整車噪聲測試結(jié)果相吻合，駕駛室內(nèi)噪聲升高。

理論上，通過對壓縮機(jī)及支架利用CAE仿真分析可以有效避頻，但實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)中由于發(fā)動機(jī)及周邊約束條件限制，壓縮機(jī)及支架有時很難完全做到結(jié)構(gòu)避頻。可以通過空調(diào)管路的隔振，減振進(jìn)一步提升NVH效果。

2 空調(diào)管路對壓縮機(jī)及支架的減振

壓縮機(jī)及支架經(jīng)由幾條傳遞路徑傳至車身，一條壓縮機(jī)及支架→發(fā)動機(jī)懸置→車身→振動、噪聲，另一條，壓縮機(jī)及支架→管路固定點(diǎn)→車身→振動、噪聲，壓縮機(jī)及支架→管路→膨脹閥→HVAC→振動、噪聲。通過對傳遞路徑的分析可知，減弱壓縮機(jī)及支架振動的要素有，發(fā)動機(jī)懸置，空調(diào)管路的隔振，空調(diào)管路在傳遞路徑上的減振。針對上述問題，空調(diào)管路優(yōu)化方案：

圖4 空調(diào)管路優(yōu)化示意圖

如圖4所示，將接近膨脹閥入口處的空調(diào)硬管部分改成軟管部分，通過管路衰減壓縮機(jī)支架的振動傳遞。

圖5 更換空調(diào)管路前

圖6 更換空調(diào)管路后

通過空調(diào)管路優(yōu)化，3200rpm 4階頻率降低明顯，經(jīng)主觀評價滿足要求。

3 壓縮機(jī)-支架-壓縮機(jī)匹配優(yōu)化

通過以上兩種措施基本解決了壓縮機(jī)及支架系統(tǒng)帶來的共振，但沒有從根源上解決。取消壓縮機(jī)支架可以從源頭上解決支架帶來的共振，另一方面，由于沒有單獨(dú)的壓縮機(jī)支架實(shí)現(xiàn)了降低成本的目的啊。無壓縮機(jī)支架設(shè)計(jì)示意圖7。

圖7 無壓縮機(jī)支架設(shè)計(jì)

如上圖所示，壓縮機(jī)通過三個固定點(diǎn)與發(fā)動機(jī)連接。點(diǎn)1，點(diǎn)2處使用定位銷設(shè)計(jì)，提升壓縮機(jī)在發(fā)動機(jī)上的裝配精度。其中，點(diǎn)1,2是原壓縮機(jī)支架固定點(diǎn)，點(diǎn)3是發(fā)動機(jī)下殼體通過優(yōu)化設(shè)計(jì)增加的固定點(diǎn)，發(fā)動機(jī)下殼體采用鑄鋁設(shè)計(jì)。原設(shè)計(jì)采用沖壓鐵質(zhì)油底殼。

圖8 壓縮機(jī)在發(fā)動機(jī)的安裝

在整車中開展 NVH測試，經(jīng)測試壓縮機(jī)裝在整車中模態(tài)330Hz＞280Hz，滿足整車對壓縮機(jī)及支架系統(tǒng)模態(tài)要求。

在同一臺車型上，更換，優(yōu)化前后部件，開展3檔全油門加速測試。

圖9 全油門加速對比測試

① 噪聲對比：優(yōu)化后的壓縮機(jī)及鋁制油底殼后，3WOT工況，相比原車型設(shè)計(jì)，全轉(zhuǎn)速內(nèi)也普降（2-4）dB（A），3200轉(zhuǎn)峰值處下降6dB左右，NVH提升效果明顯；

②振動響應(yīng)對比：優(yōu)化后設(shè)計(jì)在3200轉(zhuǎn)振動峰值消失。

圖10 優(yōu)化前后瀑布圖對比

通過圖10的瀑布圖更直觀看出，3檔全油門加速工況，優(yōu)化后的設(shè)計(jì)，在222HZ、665HZ、753HZ處共振帶全部消失，NVH聲品質(zhì)提升效果明顯。

通過此方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)徹底從根源上解決了由于壓縮機(jī)及支架系統(tǒng)給整車帶來的振動問題。另外，壓縮機(jī)支架的取消，使用定位孔，減少由于支架帶來的裝配誤差，降低了皮帶異響的風(fēng)險，在成本方面由于支架取消，降低了整車成本，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 總結(jié)

本文對空調(diào)壓縮機(jī)及支架對整車影響開展系統(tǒng)測試分析：

1）對于帶單獨(dú)壓縮機(jī)支架的系統(tǒng)，壓縮機(jī)及支架模態(tài)頻率＞283Hz可實(shí)現(xiàn)避頻設(shè)計(jì)；

2）對于模態(tài)無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壓縮機(jī)及支架可以從空調(diào)管路上增加隔振，減振的角度衰減共振頻率；

3）取消單獨(dú)壓縮機(jī)支架方案，可以從源頭消除由于壓縮機(jī)支架帶來的共振頻率，裝配精度，部件成本上有明顯優(yōu)勢，此種結(jié)構(gòu)具有很好的借鑒，推廣作用。

[1] 朱愛武.空調(diào)壓縮機(jī)對車內(nèi)噪聲的影響.[J]噪聲與振動控制 2010,第4期(47-49).

[2] 蘇俊收.某壓路機(jī)空調(diào)壓縮機(jī)支架振動故障分析.[J]噪聲與振動控制2016第4期(144-147).

[3] 劉丹.基于傳遞函數(shù)的發(fā)動機(jī)附件振動預(yù)測.噪聲與振動控制.2016第3期(144-147).

NVH Performance analysis of air conditioning compressor bracket

Sun Qiang, Chen Changrui, Du Shiyun
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)18-167-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.18.058

通訊作者：孫強(qiáng)，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。