某電動(dòng)汽車用電動(dòng)壓縮機(jī)啟停噪聲分析與改進(jìn)

中圖分類號(hào)：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-8639（2025）07-0159-02

Analysis and Improvement of Start-stop Noise of an Electric Compressr Used inan Electric Vehic

YueWeitao，Luo Weizhao，Dong Yanliang，ZhaoQi （Zhejiang Zeekr Automobile Research and Development Co.，Ltd.，Ningbo ，China）

【Abstract】Aiming at an electric compresor used in an electric vehicle，this paper analyzesand improves the noise ofcompresor start and stop from theaspectsof mechanical structure andstart-stop strategy of the electric compressor.This study can help readers understand the sourceand mechanism of the noise of electriccompresor start andstop toacertain extent，and providesome help forautomotiveenginers insolving the noiseof electric compressor. At the same time，it has certain guiding significance for the early design of electric compressor.

【Key Words】 new energy automotive; electric compressor; mechanical structure;start-stop strategy； start-stopnoise

0 引言

近年，隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的興起，人們對(duì)電動(dòng)汽車的舒適性、可靠性和節(jié)能環(huán)保等提出了更高的要求，而電動(dòng)汽車電動(dòng)壓縮機(jī)噪聲問題直接影響乘客舒適性。傳統(tǒng)燃油車由于發(fā)動(dòng)機(jī)的存在，壓縮機(jī)的噪聲隨壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速變化而變化，壓縮機(jī)噪聲通常不是主要的抱怨原因。純電動(dòng)汽車由于沒有發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲掩蓋，導(dǎo)致壓縮機(jī)噪聲變得更加單純、清晰。另一方面，由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速根據(jù)車內(nèi)制冷、制熱以及電池冷卻需求而變化，壓縮機(jī)又是主要?jiǎng)恿υ矗妱?dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速常用工作負(fù)荷及轉(zhuǎn)速都高于傳統(tǒng)燃油用壓縮機(jī)，所以壓縮機(jī)噪聲處理不當(dāng)，非常容易引起客戶抱怨。由此，電動(dòng)壓縮機(jī)的噪聲和振動(dòng)成為電動(dòng)汽車NVH開發(fā)中一個(gè)關(guān)鍵課題。目前很多文章對(duì)電動(dòng)壓縮機(jī)路徑傳遞噪聲以及壓縮機(jī)殼體加強(qiáng)研究[2-4]，但對(duì)電動(dòng)壓縮機(jī)啟動(dòng)停機(jī)噪聲研究并不多見。本文針對(duì)某電動(dòng)汽車用電動(dòng)壓縮機(jī)啟停噪聲問題進(jìn)行分析與優(yōu)化，從壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟件啟停策略方面進(jìn)行研究，希望為后續(xù)電動(dòng)汽車用電動(dòng)壓縮機(jī)的啟停噪聲、壓縮機(jī)前期設(shè)計(jì)及工程開發(fā)提供一定參考。

1 問題描述

某一電動(dòng)汽車在開發(fā)階段，壓縮機(jī)在啟動(dòng)和停機(jī)過程中均產(chǎn)生了明顯的敲擊聲，同時(shí)伴隨方向盤抖動(dòng)。由于在開空調(diào)和關(guān)空調(diào)時(shí)都伴隨著壓縮機(jī)的啟停，因此以上問題極易引起用戶抱怨。圖1為壓縮機(jī)啟動(dòng)和停機(jī)階段振動(dòng)時(shí)域圖和Colormap圖。

由圖1a可知，壓縮機(jī)啟動(dòng)開環(huán)階段存在連續(xù)3s左右抖動(dòng)，如標(biāo)識(shí) ① 。由圖1b可知，壓縮機(jī)啟動(dòng)開環(huán)階段存在 31Hz 左右低頻連續(xù)抖動(dòng)，啟動(dòng)過程中24階噪聲較明顯，如標(biāo)識(shí) ② 。壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)在 31Hz 左右同樣存在一次較強(qiáng)振動(dòng)，如標(biāo)識(shí) ③ 。

此論文針對(duì)上述問題，從啟動(dòng)階段開環(huán)電流、停機(jī)策略以及機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究。

2 噪聲源分析

圖2為壓縮機(jī)總成剖視圖。壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)由控制器部分（包含控制板、芯片、接插件、控制器殼體）、電機(jī)部分（低壓殼體、定子、轉(zhuǎn)子、配重塊）、驅(qū)動(dòng)部分（驅(qū)動(dòng)軸、軸承、偏心套）、動(dòng)靜盤以及高壓殼體組成。

其中，電機(jī)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸與偏心套柔性連接，驅(qū)動(dòng)動(dòng)靜盤壓縮冷媒，如圖3所示。柔性連接是指偏心套與驅(qū)動(dòng)軸間隙配合設(shè)計(jì)。因壓縮機(jī)在實(shí)際的生產(chǎn)和裝配過程中，很難保證各個(gè)零部件的尺寸和安裝位置，而且由于溫度變化、受力等因素影響，部件也可能會(huì)出現(xiàn)一定程度的變形。柔性偏心套能夠憑借其柔性特性，對(duì)這些裝配誤差以及部件運(yùn)行過程中的變形進(jìn)行一定的補(bǔ)償，確保壓縮機(jī)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)部件依然能夠保持良好的配合關(guān)系，保證壓縮機(jī)正常穩(wěn)定工作。

因驅(qū)動(dòng)柔性結(jié)構(gòu)存在，在啟動(dòng)和停機(jī)過程中，當(dāng)系統(tǒng)壓力較高或啟動(dòng)帶液現(xiàn)象，壓縮機(jī)內(nèi)部徑向氣體力和阻力矩比較大，在動(dòng)盤反作用力帶動(dòng)偏心套撞擊驅(qū)動(dòng)軸，撞擊聲會(huì)通過壓縮機(jī)殼體、壓縮機(jī)支架、車身傳遞到車內(nèi)，導(dǎo)致方向盤抖動(dòng)以及車內(nèi)啟停“咚咚”異響，主觀評(píng)價(jià)無法接受。

3優(yōu)化方案

3.1 啟停策略優(yōu)化

分析發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)啟動(dòng)噪聲同壓縮機(jī)電機(jī)開環(huán)啟動(dòng)階段的啟動(dòng)電流、啟動(dòng)時(shí)間強(qiáng)相關(guān)。開環(huán)電流過大會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)啟動(dòng)力矩過大，壓縮機(jī)啟動(dòng)瞬間，由于偏心套與驅(qū)動(dòng)軸柔性連接，偏心套由于慣性作用與驅(qū)動(dòng)軸發(fā)生碰撞，啟動(dòng)扭矩越大，持續(xù)時(shí)間越長，撞擊能量越大。同步的啟動(dòng)電流過大會(huì)激起電機(jī)24階次噪聲。整車驗(yàn)證表明，啟動(dòng)開環(huán)階段，當(dāng)啟動(dòng)電流由9.5A調(diào)整到7.5A，開環(huán)時(shí)間由2.8s調(diào)整到1.4s，啟動(dòng)噪聲和方向盤抖動(dòng)大幅減弱，主觀評(píng)價(jià)可接受，如圖4所示。振動(dòng)時(shí)域信號(hào)上，壓縮機(jī)的啟動(dòng)過程由原來的連續(xù)性抖動(dòng)變?yōu)橐淮吻脫簦噧?nèi)抖動(dòng)可接受。圖4b中，優(yōu)化前存在31Hz左右的低頻連續(xù)抖動(dòng)，且啟動(dòng)過程中24階噪聲較明顯；優(yōu)化后，連續(xù)抖動(dòng)和24階噪聲基本消失。

壓縮機(jī)收到上位機(jī)停機(jī)指令需求后，從當(dāng)前轉(zhuǎn)速降到 0r/min 需要經(jīng)過兩個(gè)過程，如圖5所示。第一階段為正常降速控制策略，此時(shí)壓縮機(jī)正常運(yùn)行，IGBT占空比逐漸變小，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)速減至停機(jī)臨界轉(zhuǎn)速后，進(jìn)入第二停機(jī)階段（停車控制階段），隨后停機(jī)。

壓縮機(jī)自由停機(jī)結(jié)束瞬間，由于柔性結(jié)構(gòu)存在，驅(qū)動(dòng)軸與偏心套也會(huì)發(fā)生撞擊。整車驗(yàn)證表明，當(dāng)壓縮機(jī)檢測(cè)到達(dá)臨界轉(zhuǎn)速后，按照1：9點(diǎn)剎停車控制策略控制驅(qū)動(dòng)器，可以減小停機(jī)時(shí)的能量消耗，有效降低壓縮機(jī)停機(jī)噪聲，如圖4所示，優(yōu)化后，停機(jī)的時(shí)候在 31Hz 左右振動(dòng)明顯減弱，主觀評(píng)價(jià)可接受。

圖6為自由停車控制策略，此時(shí)壓縮機(jī)上下橋IGBT同時(shí)關(guān)斷，壓縮機(jī)自由停機(jī)，停車噪聲不滿足要求。圖7為1：9點(diǎn)剎停車控制策略，壓縮機(jī)達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速后，下橋三相IGBT間歇性導(dǎo)通，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降過程中產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)，阻礙電機(jī)停機(jī)，導(dǎo)通與斷開時(shí)間占比為1：9，類似點(diǎn)剎制動(dòng)。

3.2 偏心套結(jié)構(gòu)優(yōu)化

由于啟停噪聲和偏心套與曲軸的柔性結(jié)構(gòu)有關(guān)，如在兩者柔性連接部位增加緩存材料，也可顯著降低噪聲源。如圖8所示，在偏心套上安裝一個(gè)銷，在曲軸上增加一個(gè)銷孔，銷和銷孔之間增加一個(gè)橡膠套，橡膠套在偏心套和曲軸碰撞時(shí)可以吸收振動(dòng)能量，明顯降低碰撞振動(dòng)及噪聲。

由于壓縮機(jī)內(nèi)部會(huì)有高壓、高溫、冷媒?jīng)_擊，環(huán)境工況十分惡劣，橡膠套材料選擇十分重要。如果壓縮機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間橡膠套破損或腐蝕，會(huì)對(duì)壓縮機(jī)動(dòng)靜盤及整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)帶來災(zāi)難性后果。

4結(jié)語

本文從某電動(dòng)汽車用電動(dòng)壓縮機(jī)啟停噪聲案例入手，從壓縮機(jī)啟動(dòng)噪聲發(fā)生源出發(fā)，提供了解決啟停噪聲的兩種不同思路：軟件策略優(yōu)化和偏心套結(jié)構(gòu)優(yōu)化。軟件優(yōu)化大大降低啟停噪聲，偏心套結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以從噪聲源上解決啟停噪聲，但橡膠套材料選擇至關(guān)重要。本案例解決思路希望為后續(xù)電動(dòng)汽車電動(dòng)壓縮機(jī)的啟停噪聲、壓縮機(jī)前期設(shè)計(jì)及工程開發(fā)提供一定參考。

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（編輯楊凱麟）