電動汽車熱泵系統(tǒng)壓縮機NVH問題分析及優(yōu)化

中圖分類號：U469.72 TH213.3 文獻標(biāo)志碼：A DOI：10.20104/j.cnki.1674-6546.20240267

Analysis and Optimization of Compressor NVH Problem in Electric Vehicle Heat Pump System

ZhuShunkuan，Xia Yinyuan （CheryAutomobileCompanyLimited，Wuhu241007）

【Abstract]The noise source and the noise transmissionof the compressorNVH problem of the electric vehicle heat pump systemarestudied，andtheimprovementisadebyptimizingtheinteralstructureofteelectricompresor，nceasigthe acousticpackageand optimizing theairconditioningpipeline.TheNVH testresultsshow that theinternal structure optimizationcanreducethevibrationexcitationnoiseoftheelectriccompressorwhiletheadditionofacousticpackage andair conditioning pipelineoptimizationcan reduce thecompressrnoise transmission.These enhancementscontribute toa reduction in the noise levelofthe heat pump system during operation and theNVH performance of the vehicle.

Key words：Electric vehicle，Heat pump system，Noise source，Noise transmission，Acoustic package

【引用格式】祝順寬，夏寅遠.電動汽車熱泵系統(tǒng)壓縮機NVH問題分析及優(yōu)化[J].汽車工程師，2025（7）：44-48.ZHU S K， XIA Y Y.Analysis and Optimization of Compressr NVH Problem in Electric Vehicle Heat PumpSystem[J]. Automotive Engineer，2025（7）： 44-48.

1前言

傳統(tǒng)燃油汽車空調(diào)系統(tǒng)的噪聲源一般為固定于發(fā)動機的空調(diào)壓縮機，發(fā)動機懸置的減振作用減少了噪聲問題的發(fā)生。冀軍鶴等借助擴張式消聲器理論模型，對壓縮機氣流通道進行改進，使排氣脈動由 18.5kPa 降低至 9.0kPa 。商國旭等2對振動噪聲數(shù)據(jù)采用頻譜分析、階次追蹤等方法，通過優(yōu)化支架結(jié)構(gòu)提升模態(tài)頻率避免共振，將車內(nèi)噪聲聲壓級降低了 2.5dB（A） 。空調(diào)管路作為噪聲的主要傳遞路徑，是NVH問題分析過程中重點關(guān)注的對象。張建國、唐培等-4通過更換膠管材料并增加長度、增加消聲器和配重塊等方法將車內(nèi)噪聲聲壓級降低了4＼～5dB（A）。段傳學(xué)通過優(yōu)化膨脹閥及其連接管的結(jié)構(gòu)，解決了高頻嘯叫問題。

插電式混合動力汽車（Plug-inHybridElectricVehicle，PHEV）、增程式混合動力汽車（RangeExtendElectricVehicle，REEV）的空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)燃油車空調(diào)系統(tǒng)差異不大，相關(guān)NVH問題的研究可相互借鑒。

由于純電動汽車需要降溫或加熱的零部件較

44|汽車工程師

多、系統(tǒng)較為復(fù)雜，按是否具有熱泵功能，可將其空調(diào)系統(tǒng)分為熱泵系統(tǒng)和非熱泵系統(tǒng)兩類。熱泵系統(tǒng)相對復(fù)雜，電動壓縮機是其主要噪聲源之一。針對電動壓縮機的NVH問題，首先要確認壓縮機自身振動是否合理、無突變，一般可根據(jù)整車和壓縮機總成NVH測試結(jié)果分析壓縮機總成噪聲與整車噪聲的關(guān)聯(lián)性，初步判定可能的原因，通過進一步分析壓縮機內(nèi)部平衡塊、動靜盤、電機等噪聲強關(guān)聯(lián)零部件對該噪聲問題的影響，尋找優(yōu)化方案，進行改進并加以驗證。此外，壓縮機噪聲一般通過空氣和固體兩個途徑傳遞到乘員艙，因此也可根據(jù)噪聲頻率對這兩個傳遞路徑進行分析。其中，空調(diào)管路是最主要的固體傳遞路徑。

本文針對純電動汽車熱泵系統(tǒng)壓縮機NVH開發(fā)驗證問題，對壓縮機噪聲及其傳遞進行分析及優(yōu)化，以提高車輛的舒適性。

2電動壓縮機噪聲源改善

電動壓縮機的NVH問題可以用響度、尖銳度、語音清晰度、粗糙度、音調(diào)度等聲品質(zhì)客觀參量進行分析。陳江艷等發(fā)現(xiàn)不同場點、不同轉(zhuǎn)速下壓縮機的聲品質(zhì)客觀參量值差異明顯，且隨轉(zhuǎn)速變化，各參量的變化趨勢各不相同，但特征響度及其峰值的頻帶分布只與場點位置有關(guān)，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。羅穎等通過壓縮機配重優(yōu)化與零件加工結(jié)構(gòu)優(yōu)化，降低了壓縮機振動激勵，有效改善了車內(nèi)噪聲與振動。邱琳通過優(yōu)化空調(diào)壓縮機轉(zhuǎn)速控制策略避開支架1階模態(tài)頻率、改變壓縮機轉(zhuǎn)速下降速度、消減壓縮機內(nèi)部動靜盤運行不良摩擦等措施，改善了壓縮機運轉(zhuǎn)噪聲。譚雨點等通過傳遞路徑及模態(tài)分析得出壓縮機在高轉(zhuǎn)速下與壓縮機支架產(chǎn)生共振是壓縮機振動噪聲問題的主要原因，提出優(yōu)化支架及框梁結(jié)構(gòu)的方案，有效降低了車內(nèi)噪聲和振動。

針對電動壓縮機的噪聲問題，應(yīng)優(yōu)先確認其振動及噪聲水平，盡可能對壓縮機自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計進行分析以尋找優(yōu)化方案。

2.1電動壓縮機平衡塊質(zhì)量及角度優(yōu)化

某純電動汽車熱泵系統(tǒng)在壓縮機轉(zhuǎn)速超過6100r/min 時的車內(nèi)噪聲主觀評價結(jié)果為無法接受，對整車開展空調(diào)開啟狀態(tài)下的駕駛員右耳處噪聲測試，結(jié)果如圖1所示。當(dāng)壓縮機轉(zhuǎn)速達到6100r/min 以上時，1階噪聲聲壓級明顯超過目標(biāo)值，最大超出目標(biāo)值約19dB（A）。

對壓縮機進行臺架測試，壓縮機單件振動和噪聲測試結(jié)果如表1所示。

由表1可知，電動壓縮機轉(zhuǎn)速超過 6000r/min 后振動水平急劇惡化，3個方向上的惡化程度排序為Z向最大 ??X 向次之、Y向最小，因此判斷壓縮機內(nèi)部零部件動平衡可能存在問題。壓縮機動平衡測試結(jié)果表明，其動不平衡量高達 48.2g?cm 。對平衡塊進行優(yōu)化調(diào)整，調(diào)整前、后對比結(jié)果如表2所示。

改進后，壓縮機單件各向振動和噪聲均明顯改 善，臺架測試結(jié)果如表3所示。

將改進后的壓縮機安裝到整車，進行NVH測試，結(jié)果如圖2所示，車內(nèi)噪聲改善明顯，基本達到目標(biāo)要求，主觀評價結(jié)果為可以接受。

2.2 電動壓縮機電機24階次電磁力優(yōu)化

某純電動汽車熱泵系統(tǒng)工作時的主觀評價結(jié)果為無法接受，具體表現(xiàn)為壓縮機低速運轉(zhuǎn)時車內(nèi)存在明顯的“鳴鳴”聲。對整車開展空調(diào)開啟狀態(tài)下的駕駛員左耳處噪聲測試，壓縮機在 1150r/min 和1200r/min 轉(zhuǎn)速條件下，分別識別出高達38＼～48dB（A）的突變噪聲峰值。

基于測試結(jié)果計算可知， 1150r/min 轉(zhuǎn)速下的460.4Hz 處峰值為24階次， 1200r/min 轉(zhuǎn)速下的479.5Hz 峰值也為24階次。該電動壓縮機電機為8極12槽方案，即主階次為24階，由此判斷該噪聲較大概率由電動壓縮機電機24階電磁力激勵引起。對電機進行優(yōu)化，在電機轉(zhuǎn)子外側(cè)規(guī)則的圓弧面上增加輔助槽，如圖3所示。仿真分析結(jié)果表明，該措施可降低電機的徑向電磁力，進而減小24階振動和噪聲。

將改進方案在整車上進行測試，壓縮機低速工作時，車內(nèi)23＼～25階電磁噪聲平均降低 7.5dB（A） ，最大降低13.1dB（A），優(yōu)化后與優(yōu)化前的測試結(jié)果對比情況如圖4所示，主觀評價結(jié)果為可以接受。

3增加壓縮機聲學(xué)包

某純電動汽車熱泵系統(tǒng)電動壓縮機高頻噪聲明顯偏高，主觀評價結(jié)果為不可接受。在駕駛員右耳處進行噪聲測試，壓縮機轉(zhuǎn)速 800～8000r/min 工況下，壓縮機 500Hz 以上中、高頻噪聲聲壓級平均值為33.9dB（A） ，最大達到 52.4dB（A） ，超出 ?46dB（A） 的目標(biāo)要求，相應(yīng)噪聲主要通過空氣傳遞到車內(nèi)。

測試數(shù)據(jù)顯示，噪聲峰值出現(xiàn)在 3250Hz 的高頻段，可判斷該噪聲為通過空氣傳遞的噪聲，故決定采用可有效改善空氣傳遞的聲學(xué)包方案，聲學(xué)包由外層 2mm 厚三元乙丙橡膠（EthylenePropyleneDieneMonomer，EPDM）和內(nèi)層 13mm 厚聚氨酯（PolyUrethane，PU）組成，根據(jù)自身結(jié)構(gòu)和邊界空間需要作局部去料和減薄處理，如圖5所示。

增加聲學(xué)包后，采取相同的測試方法進行測試。結(jié)果表明，壓縮機轉(zhuǎn)速 800～8000r/min 工況下，壓縮機 500Hz 以上中、高頻噪聲聲壓級平均值為29.1dB（A） ，最大為 43.6dB（A） ，較優(yōu)化前分別降低了4.8dB（A）8.8dB（A），達到目標(biāo)要求，主觀評價結(jié)果為可以接受，測試結(jié)果如圖6所示。

1 空調(diào)管路優(yōu)化

某純電動汽車設(shè)計驗證（DesignVerification，DV）階段車內(nèi)駕駛員右耳處的實際噪聲水平在壓縮機部分轉(zhuǎn)速范圍超出目標(biāo)值，最高超出15dB（A）。

經(jīng)分析，壓縮機自身并沒有明顯的振動和噪聲超標(biāo)問題，噪聲表現(xiàn)也不在中高頻段，而將壓縮機吸、排氣管固定后，主觀感受到噪聲明顯改善，因此，對空調(diào)管路進行優(yōu)化，調(diào)整壓縮機吸氣管和排氣管走向，以及硬管和膠管長度，如圖7、表4所示。

經(jīng)整車測試驗證，空調(diào)管路優(yōu)化后車內(nèi)噪聲改善明顯，如圖8所示，主觀評價結(jié)果為可接受。壓縮機噪聲僅在 1946±50r/min 轉(zhuǎn)速范圍略有超標(biāo)，可通過調(diào)整壓縮機轉(zhuǎn)速控制策略避開該轉(zhuǎn)速段的方法解決。

5 結(jié)束語

本文針對4款純電動汽車熱泵系統(tǒng)壓縮機NVH問題進行分析及優(yōu)化，得到以下結(jié)論：

a.通過優(yōu)化平衡塊提升壓縮機動平衡性能，可以改善壓縮機總成振動性能，從而改善壓縮機及整車噪聲水平。

b.通過壓縮機電機轉(zhuǎn)子增加輔助槽優(yōu)化徑向電磁力可以改善壓縮機電機主階次噪聲水平。

c.通過增加壓縮機聲學(xué)包可以改善空調(diào)中、高頻噪聲水平。

d.空調(diào)管路設(shè)計中，通過縮短壓縮機端硬管長度可改善固體傳遞帶來的壓縮機噪聲問題。

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（責(zé)任編輯白夜）

修改稿收到日期為2024年8月26日。