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整車熱管理NVH概述

2022-01-10 20:44:26·  來(lái)源：汽車NVH性能開(kāi)發(fā)雜談  
　
一、汽車熱管理簡(jiǎn)介傳統(tǒng)汽車熱管理包括暖通空調(diào)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，EV車熱管理包括制冷空調(diào)系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)、熱泵空調(diào)系統(tǒng)，HEV車型熱管理包括發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻、變速箱
一、汽車熱管理簡(jiǎn)介
傳統(tǒng)汽車熱管理包括暖通空調(diào)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，EV車熱管理包括制冷空調(diào)系統(tǒng)、電加熱系統(tǒng)、熱泵空調(diào)系統(tǒng)，HEV車型熱管理包括發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻、變速箱冷卻、電機(jī)冷卻、電池冷卻、CPU冷卻等。其中熱管理NVH重點(diǎn)關(guān)注的系統(tǒng)有空調(diào)系統(tǒng)（壓縮機(jī)、壓縮機(jī)進(jìn)排氣管、高低壓管路、膨脹閥、鼓風(fēng)機(jī)）、冷卻系統(tǒng)（冷卻風(fēng)扇、電機(jī)水泵、PTC泵）。
二、熱管理的NVH需求
新能源汽車與純?nèi)加推囎畲蟮膮^(qū)別在于采用不同驅(qū)動(dòng)類型的壓縮機(jī)，新能源汽車采用電動(dòng)壓縮機(jī)，而純?nèi)加推噭t采用發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的機(jī)械式壓縮機(jī)，其它部件區(qū)別不大，新能源汽車空調(diào)系統(tǒng)主要采用電力驅(qū)動(dòng)，為了提高性能，將電動(dòng)機(jī)、變頻器與壓縮機(jī)組裝成一體，形成全封閉結(jié)構(gòu)。


2.1 新能源壓縮機(jī)
新能源汽車電動(dòng)壓縮機(jī)工作原理：動(dòng)力電池向壓縮機(jī)變頻器供電，變頻器將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，向三相永磁同步電機(jī)輸出交流電，三相永磁同步電機(jī)帶動(dòng)渦旋式壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，將低壓氣體制冷劑壓縮成高壓氣。渦旋式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)如下所示。由一個(gè)靜渦盤和一個(gè)動(dòng)渦盤組成，兩個(gè)函數(shù)方程型線的動(dòng)、靜渦盤相互咬合而成相互嚙合，相互錯(cuò)開(kāi)180°安裝。


渦旋式壓縮機(jī)工作原理如下所示。靜渦盤固定在外殼不動(dòng)，電機(jī)偏心軸驅(qū)動(dòng)動(dòng)渦盤。動(dòng)渦盤不作旋轉(zhuǎn)，而是作小范圍形位移，靜渦盤與動(dòng)渦盤之間的相對(duì)位置不斷變化，壓縮制冷劑，形成高壓，從壓縮機(jī)輸出口排出。


2.2傳統(tǒng)車壓縮機(jī)
傳統(tǒng)燃油汽車一般使用機(jī)械式壓縮機(jī)，壓縮機(jī)由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。壓縮機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)用皮帶相連，發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖所示。此類壓縮機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)和維修成本低、制冷量大等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是需要發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。


傳統(tǒng)燃油汽車擺盤式壓縮機(jī)的組成如下所示：由吸盤、皮帶輪、電磁離合器、前端蓋、驅(qū)動(dòng)軸、軸承、擺盤、楔形傳動(dòng)板、活塞、缸體、閥體、閥片、調(diào)節(jié)閥、后端蓋、固定螺栓等部件組成。


壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲主要有機(jī)械噪聲、氣動(dòng)噪聲、電磁噪聲3類。其機(jī)械噪聲主要有摩擦噪聲、撞擊噪聲以及結(jié)構(gòu)噪聲等。氣動(dòng)噪聲主要有排氣噴流噪聲、排氣脈動(dòng)、吸氣紊流噪聲和吸氣脈動(dòng)等。
整車定置車內(nèi)空調(diào)壓縮機(jī)噪聲振動(dòng)優(yōu)化方向：（1）優(yōu)化控制面板，降低空調(diào)壓縮運(yùn)行轉(zhuǎn)速；（2）優(yōu)化降低空調(diào)壓縮機(jī)單體運(yùn)行振動(dòng)噪聲；在空調(diào)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)上優(yōu)化方法有a）高壓流道結(jié)構(gòu)優(yōu)化、b）電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡優(yōu)化、c）電機(jī)PWM電流正弦波形優(yōu)化。（3）空調(diào)壓縮機(jī)應(yīng)布置于動(dòng)總上經(jīng)懸置隔振，壓縮機(jī)管路與車身接附點(diǎn)應(yīng)有隔振設(shè)計(jì)，壓縮機(jī)高壓出管與低壓進(jìn)管應(yīng)設(shè)計(jì)足夠長(zhǎng)度軟管以利于振動(dòng)解耦衰減；空調(diào)壓縮機(jī)支架應(yīng)避免懸臂結(jié)構(gòu)，盡量提升支架模態(tài)頻率；在滿足冷卻要求前提下，盡量降低壓縮機(jī)工作轉(zhuǎn)速，且要與冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和方向盤固有頻率避頻。
2.4鼓風(fēng)機(jī)
空調(diào)箱主要由分配箱、蝸殼、鼓風(fēng)機(jī)等構(gòu)成,其中鼓風(fēng)機(jī)是空調(diào)箱噪聲的主要影響因素。如圖所示為空調(diào)箱殼體和永磁直流鼓風(fēng)機(jī)。


噪聲從頻率的角度可以分為離散和寬頻噪聲, 鼓風(fēng)機(jī)噪音本質(zhì)上是離散噪聲與寬帶噪聲的疊加。寬帶噪聲指由湍流引起的噪聲, 主要包括：1)邊界層中的湍流；2)來(lái)自固體表面的渦流脫落; 3) 脫流來(lái)流和固體表面的撞擊。離散噪聲：葉輪葉片的旋轉(zhuǎn)壓力場(chǎng)和壓力脈動(dòng)與固體壁面相互作用產(chǎn)生的噪聲。
針對(duì)鼓風(fēng)機(jī)常用降噪方法：1) 增加蝸舌間隙；2) 傾斜蝸舌的方法。
2.5 冷卻風(fēng)扇
冷卻風(fēng)扇單體的性能影響因素主要包括風(fēng)扇葉片數(shù)目、葉片安裝角、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、風(fēng)扇直徑大小、葉片間的間距，以及風(fēng)扇翼型的選擇和制作風(fēng)扇的材料等。


冷卻風(fēng)扇的噪聲通常來(lái)自風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲及風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)通過(guò)結(jié)構(gòu)傳遞至車內(nèi)形成的噪聲兩方面。風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲主要表現(xiàn)為窄帶諧波噪聲和寬頻噪聲的特征。這種噪聲頻帶較寬，頻率也相對(duì)較高，較容易被接受。風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生不平衡時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)并容易通過(guò)結(jié)構(gòu)傳遞至車內(nèi)，在車內(nèi)產(chǎn)生顯著的低頻噪聲，給駕乘人員造成嚴(yán)重的壓耳感。
針對(duì)風(fēng)扇噪聲的優(yōu)化方法有選擇較好的冷卻風(fēng)扇單體和選擇較好的散熱器以及冷卻風(fēng)扇匹配模式。
三、熱管理的NVH要求
3.1空調(diào)主機(jī)振動(dòng)噪聲
（1）壓縮機(jī)輻射噪聲（臺(tái)架）
壓縮機(jī)臺(tái)架輻射噪聲聲壓級(jí)需要控制57-61-65-67-70-72dB@3000-4000-5000-6000-7000-8000rpm，各檔位噪聲控制在最低檔與最高檔33(dB(A))～63dB(A)，壓縮機(jī)排氣壓力脈沖≤13000(在低壓壓力2.93bar，高壓壓力16.7bar。
（2）壓縮機(jī)支架
安裝狀態(tài)下的鈑金支架模態(tài)-壓縮機(jī)+支架對(duì)地>300Hz；壓縮機(jī)+支架+動(dòng)總>280Hz，支架二級(jí)隔振安裝點(diǎn)處的動(dòng)剛度>1000 N/mm；壓縮機(jī)共振頻率＞400 Hz。
（3）進(jìn)風(fēng)口管道
聲壓級(jí)要求1/3Octave≤25-55-55-40dB@25-125-2000-10000Hz。
（4）管路要求
空調(diào)軟管長(zhǎng)度>400，空調(diào)軟管彎度90°～135°。
3.2冷卻風(fēng)扇和前端的振動(dòng)噪聲
（1）冷卻風(fēng)扇引起的車內(nèi)噪聲、振動(dòng)
冷卻系統(tǒng)引起的車內(nèi)振車內(nèi)噪聲40（maximal speed），冷卻系統(tǒng)引起的車內(nèi)振動(dòng)方向盤:1m/s,座椅0.3 m/s。
（2）風(fēng)扇本體
帶前端模塊的的風(fēng)扇輻射聲壓級(jí)<69（maximal speed），風(fēng)扇控制轉(zhuǎn)速PWM要求最大轉(zhuǎn)速小于2000rpm，不平衡量≤20，冷卻模塊隔振大于15。
3.3水泵振動(dòng)噪聲
本體噪聲小于＜45dB(A)，水泵引起的車內(nèi)噪聲＜30 dB(A)。
四、典型熱管理問(wèn)題優(yōu)化方法
HVAC主機(jī)Hiss聲優(yōu)化方法：1.HVAC主機(jī)內(nèi)部隔振優(yōu)化；2.HVAC內(nèi)部流道和管路布置方式優(yōu)化；3.系統(tǒng)壓力和膨脹閥的優(yōu)化。
HVAC主機(jī)風(fēng)聲優(yōu)化方法：1.CFD結(jié)果的評(píng)估，風(fēng)速和流場(chǎng)的控制；2.內(nèi)部結(jié)合部位的密封；3.風(fēng)道、HVAC、IP的配合。
HVAC主機(jī)電刷聲優(yōu)化方法：電機(jī)的質(zhì)量控制。
冷卻風(fēng)扇和前端噪聲某一轉(zhuǎn)速聲音大/振動(dòng)大優(yōu)化方法：1.前端減震墊的要求（控制前端固有頻率）；2.風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的控制。
冷卻風(fēng)扇和前端噪聲拍振優(yōu)化方法：調(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，前端減震墊和其他頻率的耦合控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速偏差。
壓縮機(jī)啟動(dòng)噪聲優(yōu)化方法：1.采用全周橡膠吸盤；2.壓縮機(jī)管路設(shè)計(jì)避免積液；3.TXV的反應(yīng)速度和系統(tǒng)匹配。
壓縮機(jī)速嘯叫優(yōu)化方法：1.壓縮機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)固有模態(tài)控制范圍；2.管路局部模態(tài)控制范圍，3.鋁管和軟管的布置，局部固有頻率；4.管夾位置優(yōu)化，管夾安裝點(diǎn)動(dòng)剛度。 
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