某純電車(chē)型車(chē)內(nèi)空調(diào)轟鳴聲優(yōu)化

譚善明　陸日?！×河袕V　賴(lài)國(guó)鋒　李海平

摘 要：針對(duì)某小型純電汽車(chē)怠速開(kāi)空調(diào)時(shí)存在轟鳴聲問(wèn)題，運(yùn)用頻譜相關(guān)性分析、振動(dòng)噪聲源傳遞路徑分析、CAE仿真分析等手段，找到了車(chē)內(nèi)產(chǎn)生轟鳴聲的原因，是由于開(kāi)空調(diào)后壓縮機(jī)在3800rpm，頻率在63Hz附近振動(dòng)較大，通過(guò)電驅(qū)動(dòng)力總成后懸置Z向傳遞至車(chē)身與車(chē)內(nèi)聲腔模態(tài)耦合，產(chǎn)生轟鳴聲；最后犧牲空調(diào)系統(tǒng)制冷性能，通過(guò)降低壓縮機(jī)最高轉(zhuǎn)速至3400rpm，使壓縮機(jī)激勵(lì)轉(zhuǎn)速與整車(chē)聲腔模態(tài)解耦，最終解決該問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：頻譜相關(guān)性分析 轟鳴聲 聲腔模態(tài)

1 引言

隨著國(guó)家對(duì)新能源汽車(chē)的重視，新能源汽車(chē)在國(guó)內(nèi)得到了蓬勃發(fā)展；由于能源的使用方式不同，新能源汽車(chē)與傳統(tǒng)汽車(chē)相比，動(dòng)力系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)上存在較大差異，車(chē)輛怠速時(shí)少了發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲；開(kāi)啟空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，傳統(tǒng)燃油車(chē)，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶帶動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)制冷；而新能源汽車(chē)則由動(dòng)力電池組提供電能，通過(guò)電動(dòng)壓縮機(jī)工作，實(shí)現(xiàn)制冷。與傳統(tǒng)燃油車(chē)相比，新能源汽車(chē)電動(dòng)壓縮機(jī)存在較多優(yōu)勢(shì)，它不受汽車(chē)車(chē)速的影響，可以根據(jù)車(chē)內(nèi)實(shí)際溫度調(diào)節(jié)精準(zhǔn)控制壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到快速降低車(chē)內(nèi)溫度的效果；低速或者怠速時(shí)，新能源汽車(chē)少了發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的掩蓋，空調(diào)系統(tǒng)作為一個(gè)獨(dú)立的振動(dòng)、噪聲源，相比傳統(tǒng)燃油車(chē)空調(diào)系統(tǒng)振動(dòng)噪聲會(huì)更突出。

本文針對(duì)某后驅(qū)小型電動(dòng)車(chē)開(kāi)空調(diào)后車(chē)內(nèi)存在轟鳴聲的問(wèn)題，通過(guò)NVH測(cè)試分析，找出車(chē)輛怠速開(kāi)空調(diào)時(shí)車(chē)內(nèi)后排存在低頻轟鳴的原因，并通過(guò)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速策略，降低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的方法達(dá)到優(yōu)化車(chē)內(nèi)轟鳴聲的效果，從而解決該問(wèn)題。

2 汽車(chē)轟鳴聲產(chǎn)生機(jī)理

2.1 什么是轟鳴聲

轟鳴詞義為連續(xù)混雜的呼嘯聲。在汽車(chē)NVH分析中指在某一特定工況下，乘客在車(chē)內(nèi)感受到的壓耳膜的聲音。持續(xù)的轟鳴聲會(huì)容易引起人耳感覺(jué)不適，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)頭暈、惡心等癥狀。

2.2 車(chē)內(nèi)轟鳴產(chǎn)生原理

汽車(chē)車(chē)內(nèi)是一個(gè)密閉的空間，里面充滿空氣。密閉狀態(tài)下的車(chē)內(nèi)空氣存在許多聲腔模態(tài)。較薄結(jié)構(gòu)板通過(guò)沖壓成型再焊接成一個(gè)車(chē)身，在受到來(lái)自動(dòng)力系統(tǒng)的振動(dòng)、路面不平衡導(dǎo)致的振動(dòng)、壓縮機(jī)（獨(dú)立安裝）等振動(dòng)的激勵(lì)下通過(guò)車(chē)身傳遞，導(dǎo)致車(chē)身某些鈑金受迫振動(dòng)，振動(dòng)頻率與車(chē)內(nèi)密閉空氣的聲腔模態(tài)頻率達(dá)到一致，將會(huì)產(chǎn)生耦合作用，車(chē)內(nèi)的空氣壓力就會(huì)發(fā)生變化，在車(chē)內(nèi)造成較強(qiáng)的壓力脈動(dòng)，從而產(chǎn)生讓人難以接受的轟鳴聲[1]。

3 問(wèn)題描述

某小型電動(dòng)汽車(chē)在中期改款時(shí)，將車(chē)身加長(zhǎng)、電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)安裝位置從車(chē)輛前副車(chē)架更改安裝到動(dòng)力總成上，前圍鈑金結(jié)構(gòu)也做了更改，動(dòng)力總成由前驅(qū)改為后驅(qū)之后，激勵(lì)源位置發(fā)生改變。

車(chē)輛怠速開(kāi)空調(diào)時(shí)，隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不斷升高在到達(dá)某特定轉(zhuǎn)速后，車(chē)內(nèi)后排存在低頻壓耳感，主觀上聲品質(zhì)較差，不可接受。

4 問(wèn)題診斷分析

4.1 NVH數(shù)據(jù)采集

本次NVH數(shù)據(jù)采集使用西門(mén)子 LMS SCADAS MOBILE 40通道數(shù)據(jù)采集前端，采用PCB 1/2自由場(chǎng)傳聲器，靈敏度為50mv/pa量程3Hz～20kHz，測(cè)點(diǎn)根據(jù)企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)地點(diǎn)為整車(chē)半消聲試驗(yàn)室，布置在駕駛員座椅內(nèi)耳，后排座椅中間位置，測(cè)試工況1：車(chē)輛怠速開(kāi)空調(diào)工況，鼓風(fēng)機(jī)1檔風(fēng)量，制冷溫度調(diào)到最冷，迎面風(fēng)模式；測(cè)試工況2：鼓風(fēng)機(jī)1檔風(fēng)量，制冷溫度調(diào)到最冷，迎面風(fēng)模式壓縮機(jī)1000～6000rpm掃略工況。

4.2 原狀態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)分析

從數(shù)據(jù)頻譜上看，車(chē)內(nèi)前排、后排噪聲數(shù)據(jù)在63Hz附近均存在較突出峰值，其中前排噪聲為56.1dB（A），后排噪聲為67.6dB（A），前后排噪聲相差10dB（A），與主觀感受一致，后排轟鳴聲較前排明顯（如下圖1）；打開(kāi)尾門(mén)，車(chē)內(nèi)后排噪聲63Hz單頻噪聲降低5.3dB（A）、總聲壓級(jí)噪聲降低4.9dB（A），降低較明顯，主觀上與客觀數(shù)據(jù)一致，噪聲降低明顯，基本屬于可接受狀態(tài)。說(shuō)明車(chē)內(nèi)轟鳴聲跟車(chē)內(nèi)聲腔模態(tài)相關(guān)性較大（如下圖2）。

從掃略工況上看壓縮機(jī)低轉(zhuǎn)速1000～3000rpm車(chē)內(nèi)噪聲無(wú)較明顯突出峰值，3000rpm開(kāi)始隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速不斷升高，車(chē)內(nèi)后排總聲壓級(jí)噪聲曲線也隨著升高，直至壓縮機(jī)到4500rpm后，車(chē)內(nèi)后排總聲壓級(jí)噪聲曲線回落到最低點(diǎn)，數(shù)據(jù)中可看出壓縮機(jī)在3800rpm附近車(chē)內(nèi)后排噪聲峰值達(dá)到最高值（如下圖3），根據(jù)轉(zhuǎn)速階次關(guān)系進(jìn)行壓縮機(jī)1階激勵(lì)對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)頻率計(jì)算，車(chē)內(nèi)后排中間轟鳴聲頻率為63.3Hz左右與怠速開(kāi)空調(diào)測(cè)試頻譜噪聲峰值一致。

4.3 振動(dòng)噪聲傳遞分析

根據(jù)源——傳遞路徑——響應(yīng)點(diǎn)分析，對(duì)車(chē)輛怠速開(kāi)空調(diào)車(chē)內(nèi)后排存在轟鳴聲進(jìn)行分析。壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲傳播主要有兩種路徑，第一為結(jié)構(gòu)路徑傳遞，第二為空氣噪聲傳遞[2]。該車(chē)輛壓縮機(jī)是布置在電驅(qū)動(dòng)動(dòng)力總成上面，動(dòng)力總成驅(qū)動(dòng)形式為后驅(qū)，壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲傳遞路徑分析如下（如下圖4）：

（1）結(jié)構(gòu)噪聲路徑為：壓縮振動(dòng)噪聲通過(guò)電驅(qū)動(dòng)總成懸置、空調(diào)管路、膨脹閥，通過(guò)車(chē)身、前圍防火墻傳遞車(chē)內(nèi)；

（2）空氣噪聲路徑為：壓縮機(jī)本體噪聲輻射通過(guò)空氣從后車(chē)體地板、后側(cè)門(mén)、尾門(mén)傳遞車(chē)內(nèi)；

由于車(chē)內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)頻率為63.3Hz左右，頻率較低，故空氣噪聲路徑傳播車(chē)內(nèi)占比較小，優(yōu)先排查結(jié)構(gòu)噪聲路徑。

根據(jù)源傳遞路徑測(cè)試分析，分別在壓縮機(jī)懸置被動(dòng)側(cè)、膨脹閥處布置加速度傳感器進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試狀態(tài)分為原狀態(tài)及斷開(kāi)空調(diào)壓縮機(jī)全部管路安裝點(diǎn)狀態(tài)，通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)，對(duì)這幾個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)傳遞對(duì)車(chē)內(nèi)后排噪聲的貢獻(xiàn)量進(jìn)行相關(guān)分析。

通過(guò)后排車(chē)內(nèi)噪聲與振動(dòng)源路徑振動(dòng)相關(guān)性對(duì)比數(shù)據(jù)可知，動(dòng)力總成被動(dòng)側(cè)、膨脹閥振動(dòng)側(cè)點(diǎn)在63Hz均存在振動(dòng)峰值且與車(chē)內(nèi)轟鳴聲峰值對(duì)應(yīng)。

通過(guò)各振動(dòng)路徑的振動(dòng)數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，后懸置Z向63Hz振動(dòng)峰值較其他測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅值高很多，初步判斷車(chē)內(nèi)后排63Hz轟鳴聲是由壓縮機(jī)激勵(lì)通過(guò)動(dòng)力總成后懸置傳遞車(chē)內(nèi)（如下圖5）。

再對(duì)比仿真整車(chē)聲腔模態(tài)數(shù)據(jù)（如下圖6），車(chē)內(nèi)轟鳴聲的主要貢獻(xiàn)頻率63Hz與整車(chē)空腔1階模態(tài)頻率65.37Hz十分接近。

根據(jù)以上分析，綜合轟鳴聲主要發(fā)生在后排的特點(diǎn)，并且打開(kāi)尾門(mén)轟鳴聲明顯改善的情況，可以得到結(jié)論：此轟鳴聲為整車(chē)聲腔模態(tài)與壓縮機(jī)工頻耦合所致。

5 方案驗(yàn)證

通過(guò)問(wèn)題診斷分析及結(jié)論，得到以下三個(gè)優(yōu)化方案：

（1）改變整車(chē)聲腔模態(tài)頻率，使其與轟鳴聲主要貢獻(xiàn)頻率解除耦合；

（2）調(diào)試動(dòng)力總成懸置剛度，從傳遞路徑進(jìn)行優(yōu)化；

（3）調(diào)整壓縮機(jī)工作轉(zhuǎn)速，改變其振動(dòng)基頻，從源頭解決問(wèn)題。

方案（1），由于項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行到后期階段，想要提高整車(chē)聲腔模態(tài)，涉及到車(chē)身多處改動(dòng)，該方案實(shí)施難度大，故排除該方案。

方案（2），對(duì)壓縮機(jī)振動(dòng)的傳遞路徑進(jìn)行分解，顯示主要傳遞路徑為動(dòng)力總成懸置，通過(guò)手工降低懸置剛度進(jìn)行初步驗(yàn)證，測(cè)試對(duì)比原狀態(tài)懸置與手工樣件懸置的隔振效果。

通過(guò)測(cè)試結(jié)果可分析得出（如上圖7），手工軟懸置在壓縮機(jī)3400rpm～4200rpm轉(zhuǎn)速區(qū)間，其X向和Z振動(dòng)明顯優(yōu)于原狀態(tài)懸置，說(shuō)明手工軟懸置對(duì)壓縮機(jī)3400rpm～4200rpm振動(dòng)的隔振效果要更好，證明排查方向是有效果的。但該方案下一步需要對(duì)不同剛度的懸置進(jìn)行測(cè)試分析，逐一排查驗(yàn)證，所需的周期長(zhǎng)，整改成本高，只能作為備選方案。

方案（3），直接改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，屏蔽引起車(chē)內(nèi)轟鳴的轉(zhuǎn)速區(qū)間。最終結(jié)果是：犧牲一定的制冷性能，降低壓縮機(jī)最高轉(zhuǎn)速在3400rpm，可以非常好的避開(kāi)壓縮機(jī)工作激勵(lì)頻率和整車(chē)聲腔模態(tài)，從而得以解決轟鳴問(wèn)題。

經(jīng)多方會(huì)議評(píng)審，方案三既不影響項(xiàng)目進(jìn)度，同時(shí)也可以節(jié)省時(shí)間和成本，是相對(duì)最合理的方案。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)車(chē)內(nèi)轟鳴聲問(wèn)題，透過(guò)結(jié)果反推問(wèn)題原因，研究分析問(wèn)題起源及傳遞路徑，再針對(duì)實(shí)際情況提出方案進(jìn)行驗(yàn)證，選擇最合理的方案實(shí)施，從而解決問(wèn)題。

通過(guò)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，采取最適合的方案去解決問(wèn)題，既能降低車(chē)型開(kāi)發(fā)成本，省時(shí)省力，同時(shí)還能有效的提升車(chē)型的NVH性能，增強(qiáng)車(chē)型市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

基金項(xiàng)目：2020年度湖南省高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新引領(lǐng)計(jì)劃項(xiàng)目：封閉特定場(chǎng)景無(wú)人駕駛通用底盤(pán)平臺(tái)開(kāi)發(fā)關(guān)鍵共性技術(shù)研究與應(yīng)用（2020GK4010）。

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