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汽車空調(diào)壓縮機(jī)支架NVH性能分析

2021-11-03 23:17:41·  來(lái)源：焉知車身與制造工藝  
　
來(lái)源 | 汽車實(shí)用技術(shù)摘 要：文章基于整車NVH 性能對(duì)汽車空調(diào)壓縮機(jī)及支架開展分析測(cè)試，帶單獨(dú)壓縮機(jī)支架的系統(tǒng)，模態(tài)需達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)，
來(lái)源 | 汽車實(shí)用技術(shù)
摘 要：文章基于整車NVH 性能對(duì)汽車空調(diào)壓縮機(jī)及支架開展分析測(cè)試，帶單獨(dú)壓縮機(jī)支架的系統(tǒng)，模態(tài)需達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)，通過在空調(diào)管路上增加隔振，減振等措施衰減共振頻率。對(duì)于無(wú)單獨(dú)壓縮機(jī)支架在裝配精度，振動(dòng)模態(tài)上有比較優(yōu)勢(shì)，具有很強(qiáng)的推廣，借鑒意義。
關(guān)鍵詞：空調(diào)系統(tǒng)；壓縮機(jī)支架
引言
NVH，即噪音(Noise)、振動(dòng)(Vibration)、聲振粗糙度(Harshness)，通俗稱為乘坐的“舒適感”。汽車空調(diào)運(yùn)行就不可避免地會(huì)帶來(lái)噪聲，且在汽車噪聲產(chǎn)生的諸多部位中，汽車空調(diào)系統(tǒng)是引起重大噪聲的部件之一。在主機(jī)廠的新車質(zhì)量研究中，空調(diào)系統(tǒng)噪聲問題已引起客戶廣泛關(guān)注，居于新車質(zhì)量問題Top10 內(nèi)。因此，如何使汽車空調(diào)噪聲減小以達(dá)到消費(fèi)者的要求，是汽車設(shè)計(jì)者亟需解決的重要問題，也是提升現(xiàn)代汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵一環(huán)。
在汽車空調(diào)NVH 設(shè)計(jì)中壓縮機(jī)是主要激勵(lì)源之一，如何有效解決壓縮機(jī)的NVH 是其中的關(guān)鍵要點(diǎn)之一，其中壓縮機(jī)支架又是解決壓縮機(jī)振動(dòng)傳遞的重要方面。
由于壓縮機(jī)支架帶來(lái)的問題在各車型中比較常見，朱愛武 [1] 針對(duì)某車型發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速4750r/min 產(chǎn)生轟鳴音開展測(cè)試研究，經(jīng)測(cè)試產(chǎn)生的主要原因是由于壓縮機(jī)支架總成模態(tài)頻 率與發(fā)動(dòng)機(jī)二階振動(dòng)頻率共振引起的。蘇俊收 [2] 針對(duì)某壓路機(jī)轉(zhuǎn)速1350r/min左右出現(xiàn)異常振動(dòng)問題，應(yīng)用有限元軟件分析壓縮機(jī)支架各階固有頻率及振型，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)支架前兩階固有頻率偏低是造成故障的主要原因。劉丹[3] 針對(duì)某車輛在定置加速試驗(yàn)中，座椅導(dǎo)軌處振動(dòng)及駕駛員右耳噪聲都存在208Hz 共振，經(jīng)測(cè)量主要是由于空壓機(jī)及支架與發(fā)電機(jī)支架共振引起的。壓縮機(jī)支架和壓縮機(jī)形成一個(gè)質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)，如果外界的激勵(lì)頻率與此頻率一致時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振。綜上，壓縮機(jī)支架在NVH 設(shè)計(jì)過程中首要考慮的與發(fā)動(dòng)機(jī)的激勵(lì)頻率及周邊部件的頻率避開，另外，從問題的解決思路上，可以通過優(yōu)化空調(diào)管，利用空調(diào)管對(duì)振動(dòng)進(jìn)行衰減或者優(yōu)化壓縮機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝，取消壓縮機(jī)支架，從而從根本上解決由于壓縮機(jī)支架帶來(lái)的NVH 問題。
1 壓縮機(jī)及支架避頻設(shè)計(jì)
壓縮機(jī)支架避頻是當(dāng)下設(shè)計(jì)的主要方法，發(fā)動(dòng)機(jī)頻率公式：

其中n-發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，Z-發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸數(shù)，i-諧波次數(shù)
例如，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍（750~5500）r/min，4 缸發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)基頻范圍：(25~200)Hz。為有效避頻壓縮機(jī)及支架模態(tài)頻率f≥1.414×F，壓縮機(jī)及支架頻率大于283Hz?？捎行П茴l。
某車型，在3 檔全油門工況下3200rpm左右存在噪聲峰值，經(jīng)分析發(fā)動(dòng)機(jī)4 階頻率213Hz，經(jīng)測(cè)試壓縮機(jī)支架模態(tài)頻率206Hz，壓縮機(jī)支架頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)頻率沒有實(shí)現(xiàn)有效避頻率，對(duì)壓縮機(jī)支架開展優(yōu)化設(shè)計(jì)。

優(yōu)化的主要方案是在原壓縮機(jī)支架上增加一個(gè)固定點(diǎn)提升壓縮機(jī)模態(tài)。

 
經(jīng)分析，壓縮機(jī)支架模態(tài)較原先有提升，壓縮機(jī)及支架模態(tài)由216Hz 提升至267Hz。（壓縮機(jī)支架由于受發(fā)動(dòng)機(jī)安裝點(diǎn)的約束條件，無(wú)法提升至＞280Hz）。測(cè)試支架半約束模態(tài)（不安裝空壓機(jī)）、空壓機(jī)附件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模態(tài)。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)響應(yīng)見圖3 和表3。

經(jīng)測(cè)試新支架系統(tǒng)共振頻率較原始略有提高，但效果不明顯。新老支架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)響應(yīng)在（200~250）Hz。新支架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)響應(yīng)（242Hz），對(duì)噪聲表現(xiàn)會(huì)有惡化效果，與整車噪聲測(cè)試結(jié)果相吻合，駕駛室內(nèi)噪聲升高。
理論上，通過對(duì)壓縮機(jī)及支架利用CAE 仿真分析可以有效避頻，但實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)中由于發(fā)動(dòng)機(jī)及周邊約束條件限制，壓縮機(jī)及支架有時(shí)很難完全做到結(jié)構(gòu)避頻?？梢酝ㄟ^空調(diào)管路的隔振，減振進(jìn)一步提升NVH效果。
2 空調(diào)管路對(duì)壓縮機(jī)及支架的減振
壓縮機(jī)及支架經(jīng)由幾條傳遞路徑傳至車身，一條壓縮機(jī)及支架→發(fā)動(dòng)機(jī)懸置→車身→振動(dòng)、噪聲，另一條，壓縮機(jī)及支架→管路固定點(diǎn)→車身→振動(dòng)、噪聲，壓縮機(jī)及支架→管路→膨脹閥→HVAC→振動(dòng)、噪聲。通過對(duì)傳遞路徑的分析可知，減弱壓縮機(jī)及支架振動(dòng)的要素有，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置，空調(diào)管路的隔振，空調(diào)管路在傳遞路徑上的減振。針對(duì)上述問題，空調(diào)管路優(yōu)化方案：
如圖4 所示，將接近膨脹閥入口處的空調(diào)硬管部分改成軟管部分，通過管路衰減壓縮機(jī)支架的振動(dòng)傳遞。

通過空調(diào)管路優(yōu)化，3200rpm 4 階頻率降低明顯，經(jīng)主觀評(píng)價(jià)滿足要求。
3 壓縮機(jī)-支架-壓縮機(jī)匹配優(yōu)化
通過以上兩種措施基本解決了壓縮機(jī)及支架系統(tǒng)帶來(lái)的共振，但沒有從根源上解決。取消壓縮機(jī)支架可以從源頭上解決支架帶來(lái)的共振，另一方面，由于沒有單獨(dú)的壓縮機(jī)支架實(shí)現(xiàn)了降低成本的目的啊。無(wú)壓縮機(jī)支架設(shè)計(jì)示意圖7。

如上圖所示，壓縮機(jī)通過三個(gè)固定點(diǎn)與發(fā)動(dòng)機(jī)連接。點(diǎn)1，點(diǎn)2 處使用定位銷設(shè)計(jì)，提升壓縮機(jī)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的裝配精度。其中，點(diǎn)1,2 是原壓縮機(jī)支架固定點(diǎn)，點(diǎn)3 是發(fā)動(dòng)機(jī)下殼體通過優(yōu)化設(shè)計(jì)增加的固定點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)下殼體采用鑄鋁設(shè)計(jì)。原設(shè)計(jì)采用沖壓鐵質(zhì)油底殼。

在整車中開展NVH 測(cè)試，經(jīng)測(cè)試壓縮機(jī)裝在整車中模態(tài)330Hz＞280Hz，滿足整車對(duì)壓縮機(jī)及支架系統(tǒng)模態(tài)要求。在同一臺(tái)車型上，更換，優(yōu)化前后部件，開展3 檔全油門加速測(cè)試。
① 噪聲對(duì)比：優(yōu)化后的壓縮機(jī)及鋁制油底殼后，3WOT工況，相比原車型設(shè)計(jì)，全轉(zhuǎn)速內(nèi)也普降（2-4）dB（A），3200 轉(zhuǎn)峰值處下降6dB 左右，NVH提升效果明顯；
②振動(dòng)響應(yīng)對(duì)比：優(yōu)化后設(shè)計(jì)在3200 轉(zhuǎn)振動(dòng)峰值消失。

通過圖10 的瀑布圖更直觀看出，3 檔全油門加速工況，優(yōu)化后的設(shè)計(jì)，在222HZ、665HZ、753HZ 處共振帶全部消失，NVH聲品質(zhì)提升效果明顯。
通過此方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)徹底從根源上解決了由于壓縮機(jī)及支架系統(tǒng)給整車帶來(lái)的振動(dòng)問題。另外，壓縮機(jī)支架的取消，使用定位孔，減少由于支架帶來(lái)的裝配誤差，降低了皮帶異響的風(fēng)險(xiǎn)，在成本方面由于支架取消，降低了整車成本，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。
4 總結(jié)
本文對(duì)空調(diào)壓縮機(jī)及支架對(duì)整車影響開展系統(tǒng)測(cè)試分析：
1）對(duì)于帶單獨(dú)壓縮機(jī)支架的系統(tǒng)，壓縮機(jī)及支架模態(tài)頻率＞283Hz可實(shí)現(xiàn)避頻設(shè)計(jì)；
2）對(duì)于模態(tài)無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壓縮機(jī)及支架可以從空調(diào)管路上增加隔振，減振的角度衰減共振頻率；
3）取消單獨(dú)壓縮機(jī)支架方案，可以從源頭消除由于壓縮機(jī)支架帶來(lái)的共振頻率，裝配精度，部件成本上有明顯優(yōu)勢(shì)，此種結(jié)構(gòu)具有很好的借鑒，推廣作用。

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