某純電動乘用車的空調壓縮機振動噪聲優化分析

譚雨點，汪躍中，丁潤江，朱亮，彭軍凱，趙勇

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某純電動乘用車的空調壓縮機振動噪聲優化分析

譚雨點，汪躍中，丁潤江，朱亮，彭軍凱，趙勇

（奇瑞新能源汽車技術有限公司，安徽 蕪湖 241000）

針對某自主品牌純電動乘用車怠速開空調車內噪聲及振動過大的問題，經詳細分析及試驗診斷后，排查出壓縮機工作轉速在4000rpm時車內舒適性較差；通過傳遞路徑及模態分析得出壓縮機在高轉速下與壓縮機支架產生共振；結合樣車實際情況，在不影響性能情況下，提出優化支架及框梁結構的方案；通過試驗驗證表明，優化方案有效降低車內噪聲和振動，提高乘坐舒適性。

純電動乘用車；空調壓縮機；振動噪聲

引言

對于傳統汽油車而言，動力總成是影響其NVH性能的一個最主要的激勵源，而對于純電動汽車而言，驅動電機總成、制動真空泵、電動水泵、電動空調壓縮機等則是車內噪聲的主要來源。其中，電動空調壓縮機作為空調系統的主要部件，對整車NVH有著不可忽略的影響。而空調壓縮機通過壓縮機支架與動力總成系統進行集成，因此，空調壓縮機支架的設計方案將直接影響到空調壓縮機及整車動力總成系統的NVH性能。近年來，針對空調壓縮機噪聲及振動問題已經引起廣泛關注。徐小彬[1]等對汽車空調壓縮機支架進行模態分析和振動噪聲試驗，提高汽車的NVH性能。孫強[2]等對汽車空調壓縮機及支架進行分析，通過在空調管路上增加隔振，減震措施衰減共振頻率。何呂昌[3]通過對空調壓縮機聲振特性進行分析，得出支架因在壓縮機的工作頻率附近與支架低階固有頻率重疊而發生共振，通過填充增強泡沫盒粘貼增強板提高支架剛度，降低車內噪聲。目前的研究主要針對傳統汽油車空調壓縮機的研究，純電動汽車空壓機異常振動研究較少。

本文以某自主品牌純電動汽車為研究對象，對其壓縮機獨立運行時，主觀上可感受到車內有明顯振動與噪聲，因此有必要對純電動汽車壓縮機運行時的傳遞路徑及特性進行研究，以提高該車的乘坐舒適性。

1 問題描述

某自主品牌純電動汽車進行主觀評價時發現：整車置于怠速工況，電動空調壓縮機從低速調整到高速過程中，車內聲環境變化較大且出現明顯的噪聲，聲品質較差，并伴有強烈的耳膜壓迫感且逐漸明顯感覺到方向盤及底盤振動，主觀評價無法接受。圖1為純電動汽車壓縮機的安裝框梁，其中電動空壓機通過壓縮機支架與框梁連接。

圖1 空調壓縮機安裝框梁

圖2 駕駛室右耳噪聲聲壓級

圖3 駕駛室右耳噪聲 1/3倍頻程

由于該電動空調壓縮機支架與框梁剛性連接，壓縮機所產生的振動通過框梁直接作用在車身板件上，引起車身板件振動并輻射噪聲。尤其在整車保持怠速工況下，電動空調壓縮機的振動與噪聲對整車NVH性能影響極大。為了解決該振動噪聲過大問題，試驗車輛通過高壓上電接通空調A/C開關，保持怠速工況。空調制冷系統開始工作，且整個怠速工況驅動電機不工作，駕駛艙內也無其他背景噪聲，通過整車VCU控制壓縮機轉速進行相關試驗。由于該電動壓縮機工作轉速為1500rpm-4000rpm，試驗每隔500rpm測試車內噪聲及前艙框梁振動，結果如圖2所示。空壓機轉速在1500rpm- 3000rpm內，駕駛員右耳噪聲平均值均小于40.04dB(A)；轉速在3000rpm-4000rpm內，駕駛室噪聲出現明顯的上升，當轉速為3500rpm時，駕駛員右耳噪聲平均值為41.86 dB(A)，但當轉速為4000rpm時，噪聲出現突變，駕駛員右耳噪聲平均值為45.94dB(A)，增大4.08dB，導致車內聲品質較差，降低乘坐舒適性。從圖3與圖4可看出，壓縮機轉速在4000rpm時，噪聲在63Hz頻率段出現明顯峰值，框梁振動在58.3Hz與66.7Hz出現峰值。

圖4 框梁振動

2 原因排查

2.1 振動噪聲傳遞路徑分析

該試驗車的電動壓縮機布置在前艙框梁上，建立“激勵源-傳遞路徑-接受者”分析模型，得到如圖5所示電動空調壓縮機振動與噪聲傳遞路徑圖。駕駛艙內振動噪聲由壓縮機開啟后產生，并通過壓縮機支架和壓縮機管路傳遞到前艙框梁上，然后經過車身和前圍板振動輻射，最終傳遞到駕駛員。由傳遞分析模型可知，壓縮機單體振動導致整車異常振動原因有兩種：一是壓縮機振動過程中與前艙框梁固有模態產生共振；二是壓縮機支架的減震作用不滿足性能要求。因此，需要對兩種原因進行分析。

圖5 電動壓縮機振動噪聲傳遞路徑

2.2 空調壓縮機振動傳遞特性分析

圖6 壓縮機橡膠軟墊二自由度振動模型

將空調壓縮機單側橡膠軟墊和支架系統進行簡化，建立支架與壓縮機二自由度振動模型，如圖6所示。

該模型原點選在各自的平衡位置，其運動微分方程為：

式中：1為空調壓縮機支架質量；2為空調壓縮機質量；1為支架剛度；2為壓縮機單個橡膠軟墊剛度；為支架阻尼；F為激振力；1為支架垂直位移；2為壓縮機垂直位移。

橡膠軟墊支架的固有圓頻率：

壓縮機的固有圓頻率：

設1、2以相同圓頻率和相位角做簡諧振動，根據參考文獻[4]得：

式中：F為系統的力傳遞率；0為系統實際傳遞車身作用力。

綜合上可知，F過大是由于剛度比過小引起。橡膠軟墊剛度和支架剛度串聯時，當支架剛度過小時，不能選擇合適的橡膠軟墊來改善力傳遞特性。因此，需對支架進行動態分析，改進支架及框梁結構，提高剛度。

2.3 空調壓縮機支架的模態分析

通過對壓縮機直接連接的支架及框梁進行CAE分析，結果如圖7所示。前6階次為剛體自由模態，第7-10階次如表1所示。

表1 模態分析結果

空調壓縮機激勵頻率可由公式（6）計算：

式中：?n-轉子旋轉引起系統不平衡力產生的振動和噪聲頻率；?0-轉子的轉動頻率；N-轉子的轉速。

根據前文分析可知壓縮機在3500rpm-4000rpm出現較明顯的振動與噪聲，對應的激勵頻率為58.3Hz-66.7Hz，與壓縮機支架的低階模態接近。由共振原理可判斷，車內振動及噪聲來源由于電動壓縮機高轉速振動過程與壓縮機支架產生共振。

3 方案優化與驗證

根據以上分析結果可知，電動空調壓縮機單體振動時引起的異常振動是由于壓縮機的激勵頻率與支架的低階固有頻率重疊產生的共振。壓縮機工作頻率已經固定，因此需要改變框梁與支架結構，在滿足強度等其它性能的要求下，改變其固有頻率避開壓縮機高速振動過程中產生的頻率。

3.1 結構改進后的支架模態驗證

支架結構改進后對其進行模態分析，其分析結果如圖8所示，第7到10階次如表2所示。

表2 模態分析結果

由分析結果可得，通過對壓縮機連接框梁的結構進行改變，改進后移頻效果比較顯著。改進后支架低階頻率為34.66Hz與79.90Hz，避開壓縮機高轉速激勵頻率范圍58.3 Hz-66.7Hz，避免共振的產生。

3.2 結構改進后的試車振動噪聲特性試驗驗證

將改進過后的壓縮機支架進行裝車測試，測試新舊狀態下電動空調壓縮機的加速度及噪聲，改進前后駕駛室內噪聲對比結果如表3所示，從表中可以看出壓縮機轉速在1500 rpm-3000rpm，駕駛室內噪聲基本維持不變，支架改進后，壓縮機轉速在4000rpm時噪聲下降了2.88dB；改進后駕駛室右耳噪聲頻率如圖9所示，壓縮機工作過程中基本沒有明顯的噪聲峰值，4000rpm在63Hz出現的峰值小于40dB，滿足設定目標要求。

表3 改進前后駕駛室內噪聲對比

改進前后壓縮機支架振動峰值頻率對比如圖10所示，在車內噪聲下降的同時，壓縮機框梁振動加速度在低頻58.3Hz和66.7Hz也出現下降，尤其在66.7Hz處，加速度從2.11g下降到1.06g，大大提高乘坐舒適性。經前后組織的主觀評價，整車噪聲明顯改善且在壓縮機工作轉速范圍內無共振現象。

圖10 改進前后壓縮機支架振動頻譜

4 結論

壓縮機工作過程中產生的振動與噪聲會極大影響純電動汽車的乘坐舒適性，本文通過對壓縮機支架結構調整改變其固有頻率，避免與壓縮機工作頻率產生共振，極大提高其舒適性，滿足設定目標要求。

[1] 孫強,陳昌瑞,杜士云.汽車空調壓縮機支架NVH性能分析[J].汽車實用技術,2017(18):167-169.

[2] 徐小彬,郭明濤,李一,邢桂麗,喬鑫.某汽車空調壓縮機支架振動噪聲優化分析[J].汽車實用技術,2016(03):69-71

[3] 何呂昌,左曙光,李林,申秀敏,張敬芬.燃料電池車空調壓縮機聲振特性分析[J].聲學技術,2010,29(03):309-314.

[4] 郭榮,章桐.汽車動力總成橡膠軟墊系統[M].上海:同濟大學出版社.

Optimal Analysis of Vibration and Noise of Air Conditioning Compressor for a Blade Electric Passenger Vehicle

Tan Yudian, Wang Yuezhong, Ding Runjiang, Zhu Liang, Peng Junkai, Zhao Yong

（Chery New Energy Automotive Technology Co., Ltd., Anhui Wuhu 241000）

Aiming at the problem of excessive noise and vibration in idle air-conditioning vehicle of an autonomous brand blade electric passenger vehicle, after detailed analysis and test diagnosis, it is found that the comfort of the compressor is poor when the working speed of the compressor is 4000rpm; Through transmission path and modal analysis, it is concluded that the compressor resonates with the compressor bracket at high speed; Combined with the actual situation of the sample car,it does not affect the performance. In addition, a scheme of optimizing the bracket and frame beam structure is proposed, and the test results show that the optimization scheme can effectively reduce the noise and vibration in the vehicle and improve the ride comfort.

Blade electric passenger vehicle; Air conditioning compressor; Vibration and noise

A

1671-7988(2019)05-99-04

U469.7

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1671-7988(2019)05-99-04

U469.7

譚雨點，奇瑞新能源研究院，碩士，主要從事整車NVH性能研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.05.030