馬一鳴，白楊翼，楊興龍，胡鵬宇，蘇 玲，劉 杰

（1.一汽奔騰轎車有限公司，吉林 長春 130000；2.中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司，天津 300300）

近年，在國家的政策和市場的刺激兩方面影響下，國內(nèi)新能源汽車市場呈現(xiàn)快速增長的趨勢，中國也成為全球新能源汽車的消費大國。其中，純電動汽車是新能源汽車發(fā)展的一個重要方向。相對于傳統(tǒng)汽油車，純電動車結(jié)構(gòu)雖然沒有傳統(tǒng)車發(fā)動機工作帶來的噪聲，車輛在行駛過程中給予消費者較高的靜謐性，但是也會產(chǎn)生特定的噪聲。如車輛在怠速或者低速行駛時，由電動空調(diào)壓縮機、電子水泵、電子真空助力泵等工作所產(chǎn)生的振動噪聲就較為明顯[1]。在車輛設(shè)計研發(fā)階段，如果存在上述問題，需要妥善解決，避免車輛未來使用后可能引發(fā)的顧客投訴問題。

目前，針對電動空調(diào)壓縮機噪聲大問題多數(shù)研究集中在相對簡單的怠速工況，缺少對車輛在不同工況行駛下壓縮機噪聲改善的研究，也缺少針對純電動車電動壓縮機產(chǎn)生噪聲特點的研究。針對這些情況，本文闡述了解決某純電動汽車壓縮機振動噪聲問題的思路和方法：在車輛怠速工況及行駛工況下，對壓縮機振動噪聲問題進(jìn)行了分析，并對問題進(jìn)行優(yōu)化，最終實車確認(rèn)優(yōu)化效果，最后達(dá)到了解決電動壓縮機在多個運行工況下振動噪聲問題的目的。為今后類似課題的研究解決，提供了行之有效的參考方法[2]。

1 問題描述及原因分析

1.1 問題描述

某自主品牌純電動汽車進(jìn)行主客觀評價及測試分析發(fā)現(xiàn)：整車在怠速工況或低速行駛工況時，電動空調(diào)壓縮機啟動后，特別在2 500 r·min-1時，振動噪聲較大，同時壓縮機轉(zhuǎn)速達(dá)到4 000 r·min-1以后，車內(nèi)噪聲明顯，并伴有強烈的壓耳感，且能明顯感覺到方向盤振動，以上問題主觀評價無法接受。

由于純電動車的電動壓縮機工作時和傳統(tǒng)車壓縮機不同，工作轉(zhuǎn)速區(qū)間較大，一般乘用車用電動壓縮機工作轉(zhuǎn)速區(qū)間1 000 r·min-1～7 000 r·min-1，其特點是振動噪聲的大小與轉(zhuǎn)速成正比[3]。通過式（1）計算可得，壓縮機的基頻激勵區(qū)間在16 Hz～133 Hz，同時伴隨諧頻激勵。因此，從噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise, Vibration, Harshness,NVH）可知，其激勵頻率較廣。如果模態(tài)設(shè)計不好的情況下，很容易引起共振。

式中，f為電動壓縮機基頻激勵頻率；n為電動壓縮機工作轉(zhuǎn)速。

為了更好解決該研究樣車壓縮機工作時車內(nèi)振動噪聲較大問題，試驗車輛通過控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network, CAN）外接信號控制接通空調(diào)A/C開關(guān)，保持問題轉(zhuǎn)速2 500 r·min-1以及進(jìn)行轉(zhuǎn)速升降控制，同時控制壓縮機的開啟與停止。通過試驗排查分析可知，2 500 r·min-1振動噪聲較大的主要根源為壓縮機激勵頻率與方向盤模態(tài)42 Hz耦合共振，但是由于電動壓縮機的激勵特點，無法通過模態(tài)解耦來實現(xiàn)，因此，只能通過路徑排查分析進(jìn)行優(yōu)化解決。

1.2 原因路徑分析

該研究試驗樣車的電動壓縮機布置在電驅(qū)系統(tǒng)上，從結(jié)構(gòu)路徑上分析建立“激勵源-傳遞路徑-接受者”分析模型。如圖1所示，包括壓縮機轉(zhuǎn)速控制策略控制，壓縮機本體振動噪聲控制，結(jié)構(gòu)空氣路徑優(yōu)化控制三個方向。對于結(jié)構(gòu)路徑傳遞，相對復(fù)雜，振動噪聲主要通過三條路徑傳播：（1）通過壓縮機支架到達(dá)電驅(qū)總成，再通過懸置系統(tǒng)傳遞到副車架和縱梁上，然后經(jīng)過車身最終傳遞到方向盤及駕駛員人耳位置。該路徑已做優(yōu)化，無提升空間；（2）通過管路與車身安裝點傳遞到車身前圍進(jìn)而傳遞到方向盤及駕駛員人耳位置；（3）通過管路、冷卻水箱總成傳遞到縱梁上面最終傳遞到方向盤及駕駛員人耳位置。通過路徑分析排查，目前貢獻(xiàn)較大的為結(jié)構(gòu)路徑，因此，下文通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)路徑進(jìn)行改善同時配合控制策略進(jìn)行約束，達(dá)到優(yōu)化車內(nèi)振動噪聲的效果[4]。

圖1 電動壓縮機問題分析模型

2 方案驗證

根據(jù)以上分析結(jié)果可知，在滿足熱管理需求及其它性能的要求下，往往壓縮機本體很難優(yōu)化，那么就需要通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)路徑和控制策略，以改善車內(nèi)振動噪聲問題。

2.1 路徑優(yōu)化

1.空調(diào)管路軟管加長

由于該研究車型機艙布置限制，前期在開發(fā)設(shè)計時，空調(diào)管路軟管長度較短，無法起到較好的隔振效果，在振動噪聲傳播的結(jié)構(gòu)路徑中將壓縮機管路進(jìn)行加長230 mm驗證，方案如圖2所示。

圖2 空調(diào)管路加長方案對比

2.空調(diào)管路安裝點隔振優(yōu)化

通過拆解分析，空調(diào)管路車身安裝點路徑有優(yōu)化貢獻(xiàn)。目前該車采用一級隔振方案，因此，需要在管路車身安裝點繼續(xù)增加隔振，實現(xiàn)二級隔振效果，優(yōu)化方案如圖3所示。

圖3 空調(diào)管路車身安裝點加隔振方案

3.冷卻水箱隔振墊優(yōu)化

分析過程中識別到冷卻水箱振動較明顯，測量發(fā)現(xiàn)水箱隔振墊較硬，隔振性能較差。進(jìn)一步優(yōu)化水箱隔振軟墊硬度，由原來的邵氏硬度70 HA降低至50 HA，方案對比如圖4所示。

圖4 水箱隔振墊硬度優(yōu)化方案

結(jié)合上述結(jié)構(gòu)路徑優(yōu)化方案，進(jìn)行車內(nèi)振動噪聲測試分析評估及主觀評價。車內(nèi)主駕右耳噪聲頻譜、方向盤振動頻譜對比結(jié)果如圖5、圖6所示，其中，①為原狀態(tài)，②為空調(diào)管路加長方案，③為管路安裝點加隔振方案，④為冷卻水箱管路隔振方案，所有方案優(yōu)化效果對比見表1，每個方案為逐一疊加。通過對比結(jié)果可知，無論是車內(nèi)噪聲還是方向盤振動均有明顯的優(yōu)化，開發(fā)過程空調(diào)開一般選擇鼓風(fēng)機1擋、內(nèi)循環(huán)、吹面模式來評判壓縮機振動噪聲問題，在電動壓縮機工作轉(zhuǎn)速為2 500 r·min-1時，車內(nèi)噪聲的聲壓級由原狀態(tài)的48.7 dB(A)降低到40.6 dB(A)，方向盤振動均方根RMS值由原狀態(tài)0.5 m/s2降到0.32 m/s2。主觀車內(nèi)振動噪聲優(yōu)化明顯[5]。同時，對比了增加方案后電動壓縮機在2 000 r·min-1～6 000 r·min-1工作時車內(nèi)噪聲結(jié)果，如圖7所示，4 000 r·min-1以上車內(nèi)噪聲優(yōu)化明顯。

圖5 壓縮機轉(zhuǎn)速2 500 r·min-1主駕右耳噪聲頻譜對比

圖6 壓縮機轉(zhuǎn)速2 500 r·min-1方向盤12點振動頻譜對比

圖7 壓縮機各轉(zhuǎn)速下主駕右耳噪聲聲壓級對比

表1 優(yōu)化方案對比效果

2.2 控制策略優(yōu)化

在完成了結(jié)構(gòu)路徑優(yōu)化后，客觀測試結(jié)果有改善，但主觀評價壓縮機部分工況仍不滿足主觀評價目標(biāo)，需要針對壓縮機部分轉(zhuǎn)速段振動噪聲問題繼續(xù)改善，主要控制策略為針對壓縮機轉(zhuǎn)速進(jìn)行聯(lián)調(diào)和問題段避頻兩項優(yōu)化。其中本文采用了電動壓縮機轉(zhuǎn)速、車速以及鼓風(fēng)機擋位聯(lián)合調(diào)控的方法，由于車速越高，純電動車的其他噪音包括路噪、風(fēng)噪、電驅(qū)噪聲對壓縮機噪聲都有一定的掩蔽作用，其次鼓風(fēng)機中高擋位的出風(fēng)口噪聲也具備相應(yīng)的掩蔽效應(yīng)，因此，可根據(jù)不同的車速，不同鼓風(fēng)機擋位進(jìn)行聯(lián)合控制，盡可能地降低壓縮機高轉(zhuǎn)速噪聲在車內(nèi)的感知情況。本文通過對研究車輛的怠速、不同的車速、減速滑行等工況進(jìn)行了聯(lián)合調(diào)控[7]，對不同車速下鼓風(fēng)機擋位和壓縮機轉(zhuǎn)速進(jìn)行了限制，具體的控制策略優(yōu)化矩陣如圖8所示。

圖8 壓縮機轉(zhuǎn)速控制策略優(yōu)化矩陣圖

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實際車輛運行下的問題頻率，對2 400 r·min-1～2 600 r·min-1段進(jìn)行了避頻，避免壓縮機轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)工作時落在該區(qū)間，實車主觀感受得到進(jìn)一步改善，主觀評價可接受。

同時，由于空調(diào)系統(tǒng)控制策略的調(diào)整，需要對電動壓縮機制冷性能驗證，參照QC 658—2009-T汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)性能道路試驗方法，最終結(jié)果滿足最初的制冷性能設(shè)計需求。

最終，通過上述3種結(jié)構(gòu)路徑優(yōu)化方案以及空調(diào)控制策略的聯(lián)合優(yōu)化，樣車主觀評價達(dá)標(biāo)。綜合方案可以很好地解決純電動汽車空調(diào)壓縮機振動噪聲較大的問題，具備較高的工程指導(dǎo)應(yīng)用價值。

3 結(jié)束語

本文通過對某自主品牌純電動車電動壓縮機振動噪聲問題進(jìn)行了分析與研究，通過結(jié)構(gòu)路徑方案優(yōu)化與空調(diào)系統(tǒng)控制策略調(diào)試聯(lián)合的方法，解決了電動壓縮機的振動噪聲問題，有效的提升了乘客的駕乘舒適性，具有較高的工程指導(dǎo)意義，具體結(jié)論如下：

（1）通過對壓縮機相關(guān)的問題分析和結(jié)構(gòu)傳遞路徑進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整管路長度、增加管路隔振、降低襯套硬度等關(guān)鍵路徑優(yōu)化措施，解決了壓縮機2 500 r·min-1由共振引起的車內(nèi)振動噪聲大的問題。

（2）提出了一種解決電動壓縮機振動噪聲問題新的思路，通過轉(zhuǎn)速控制策略與車速，鼓風(fēng)機擋位聯(lián)合調(diào)試的方法，優(yōu)化了定置工況及低速行駛工況，壓縮機轉(zhuǎn)速在4 000 r·min-1以上時車內(nèi)噪聲大的問題。該方案具有很高的工程指導(dǎo)意義。