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汽車散熱器總成對NVH 的影響分析

2021-09-12 12:35:19·  來源：汽車NVH云講堂  
　
[摘要]：散熱器總成用于汽車上冷卻部件散熱，這些部件包括散熱器，冷凝器，中冷器以及電子風(fēng)扇等。散熱器總成通過軟墊安裝于車身的最前端，電子風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)過程中的
[摘要]：散熱器總成用于汽車上冷卻部件散熱，這些部件包括散熱器，冷凝器，中冷器以及電子風(fēng)扇等。散熱器總成通過軟墊安裝于車身的最前端，電子風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)過程中的不平衡力產(chǎn)生的振動激勵傳遞到車內(nèi)從而導(dǎo)致振動噪聲問題。本文基于隔振理論討論了散熱器總成軟墊的剛度設(shè)計要求，并基于傳遞率得到散熱器總成軟墊車身安裝點(diǎn)的動剛度要求，同時研究了散熱器的質(zhì)量和軟墊剛度組成的振動系統(tǒng)對整備車身一階彎曲模態(tài)影響，最后探討了散熱器總成剛體模態(tài)及電子風(fēng)扇激勵頻率對應(yīng)的整車模態(tài)分布情況。

關(guān)鍵詞：散熱器總成；電子風(fēng)扇；整備車身；NVH；模態(tài)分布

前言
汽車在運(yùn)行過程中，為使汽車動力總成能在所有工況下都保持在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)，并且滿足空調(diào)系統(tǒng)的正常使用，需要對各系統(tǒng)的冷卻液進(jìn)行冷卻。整車包括多個冷卻系統(tǒng)：發(fā)動機(jī)通過散熱器進(jìn)行冷卻；自動變速箱通過變速箱油冷器進(jìn)行冷卻；增壓發(fā)動機(jī)的增壓器通過中冷器進(jìn)行冷卻；空調(diào)系統(tǒng)通過散熱器進(jìn)行冷卻等。不同配置的車型所包含的冷卻部件不同，如非增壓發(fā)動機(jī)就沒有中冷器。這些冷卻部件通常一起安裝在汽車的最前端，通過電子風(fēng)扇來加速冷卻。所有的冷卻部件及電子風(fēng)扇組成一個總成，本文稱之為散熱器總成。汽車行駛過程中或冷卻風(fēng)扇開始工作時，空氣從散熱器周圍高速流過以增強(qiáng)對冷卻液的冷卻。
汽車散熱器總成安裝于汽車的前端，通過四個軟墊安裝于車身上。由于冷卻的需求，電動車的散熱器一般為雙風(fēng)扇（如圖1 所示），汽油車的風(fēng)扇一般為單風(fēng)扇。電子風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)過程中，存在不平衡力產(chǎn)生的振動激勵，振動通過散熱器軟墊傳遞到車身，從而引起振動噪聲及不舒適問題。

本文首先討論了散熱器的激勵，其次基于隔振理論討論了散熱器總成軟墊的剛度設(shè)計要求，并基于傳遞率探討散熱器總成軟墊車身安裝點(diǎn)的動剛度設(shè)計要求，同時研究了散熱器的質(zhì)量和軟墊剛度組成的振動系統(tǒng)對整備車身一階彎曲模態(tài)影響，最后探討了散熱器總成剛體模態(tài)及電子風(fēng)扇激勵頻率對應(yīng)的整車模態(tài)分布情況。
1 散熱器激勵
由于制造誤差導(dǎo)致的葉片分布不均勻，葉輪孔和旋轉(zhuǎn)軸在裝配過程中存在的裝配誤差等因素，造成風(fēng)扇的物理質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸慣性中心不在同一軸上，便會造成風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)不平衡，轉(zhuǎn)子不平衡造成偏心距，汽車電子風(fēng)扇轉(zhuǎn)動時，由于離心力的作用產(chǎn)生作用力到旋轉(zhuǎn)軸而形成振動，且振動通過旋轉(zhuǎn)軸傳遞的散熱器總成，并通過散熱器橡膠軟墊傳遞到車身。
風(fēng)扇葉片的質(zhì)量不平衡引起的振動頻率基頻為：

式中：f 為風(fēng)扇葉片質(zhì)量不平衡時的振動頻率，Hz；n 為葉輪工作時轉(zhuǎn)速，r/min。風(fēng)扇的激勵力同風(fēng)扇的不平衡量有關(guān)，不平衡量越大，風(fēng)扇的激勵越大，所以在前期控制時風(fēng)扇的不平衡量越小越好，但是過小的不平衡量會影響到樣件的合格率降低，并且導(dǎo)致成本提升，所以需要性能與成本平衡，將風(fēng)扇的靜不平衡量控制一個范圍內(nèi)，一般要求為低于15g ? mm。
某電動車雙風(fēng)扇怠速空調(diào)開時運(yùn)行轉(zhuǎn)速分別為2310r/min 和2760r/min，對應(yīng)風(fēng)扇激勵頻率基頻為38.3Hz 和46Hz，圖2 為散熱器軟墊車身側(cè)安裝點(diǎn)的響應(yīng)，從中可以看出，主要貢獻(xiàn)峰值為散熱器的基頻，響應(yīng)峰值較高，且頻帶較窄。

2 散熱器的隔振控制
2.1 散熱器總成的隔振率要求
隔振就是物體之間的振動傳遞關(guān)系，減少相互間所傳遞的振動量。隔振類型一版分為兩類：第一類是隔力，通過彈性支撐來隔離振源傳遞到基礎(chǔ)的力。第二類是隔幅，即通過彈性支撐減小基礎(chǔ)傳遞到設(shè)備的振動幅值。
電子風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動，通過彈性元件連接風(fēng)扇和車身安裝點(diǎn)，從而消減振動傳遞到車身上，達(dá)到減震降噪的目的，此為第一類隔力。圖二中散熱器總成質(zhì)量為m，散熱器軟墊剛度和阻尼為k 和c，車身為基礎(chǔ)。散熱器系統(tǒng)隔力簡化模型如圖3 所示。

可以建立物體的運(yùn)動方程如式

所以對于單自由度系統(tǒng)而言，隔振系數(shù)的計算公式[1]如(2-3)所示。

式中：ζ=c/c0；γ=ωj/ωn；η為隔振系數(shù)；ωj為激勵頻率；ωn為隔振系統(tǒng)的固有頻率；c 為粘性阻尼系數(shù)；c0臨界阻尼系數(shù)
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