摘要：針對(duì)某自主品牌純電動(dòng)乘用車開(kāi)空調(diào)工況下，電動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速在2 500 r·min-1時(shí)車內(nèi)噪聲及方向盤(pán)振動(dòng)較大，并且壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速升至4 000 r·min-1以上后車內(nèi)噪聲和振動(dòng)突顯。通過(guò)對(duì)問(wèn)題分析與研究，提出了傳遞路徑優(yōu)化與空調(diào)系統(tǒng)控制策略聯(lián)合的新解決思路，通過(guò)路徑方案驗(yàn)證及繪制控制策略矩陣，解決了電動(dòng)壓縮機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)噪聲問(wèn)題，有效地提升了乘坐舒適性，具有較高的工程指導(dǎo)意義。

近年，在國(guó)家的政策和市場(chǎng)的刺激兩方面影響下，國(guó)內(nèi)新能源汽車市場(chǎng)呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，中國(guó)也成為全球新能源汽車的消費(fèi)大國(guó)。其中，純電動(dòng)汽車是新能源汽車發(fā)展的一個(gè)重要方向。相對(duì)于傳統(tǒng)汽油車，純電動(dòng)車結(jié)構(gòu)雖然沒(méi)有傳統(tǒng)車發(fā)動(dòng)機(jī)工作帶來(lái)的噪聲，車輛在行駛過(guò)程中給予消費(fèi)者較高的靜謐性，但是也會(huì)產(chǎn)生特定的噪聲。如車輛在怠速或者低速行駛時(shí)，由電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)、電子水泵、電子真空助力泵等工作所產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲就較為明顯。在車輛設(shè)計(jì)研發(fā)階段，如果存在上述問(wèn)題，需要妥善解決，避免車輛未來(lái)使用后可能引發(fā)的顧客投訴問(wèn)題。

目前，針對(duì)電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)噪聲大問(wèn)題多數(shù)研究集中在相對(duì)簡(jiǎn)單的怠速工況，缺少對(duì)車輛在不同工況行駛下壓縮機(jī)噪聲改善的研究，也缺少針對(duì)純電動(dòng)車電動(dòng)壓縮機(jī)產(chǎn)生噪聲特點(diǎn)的研究。針對(duì)這些情況，本文闡述了解決某純電動(dòng)汽車壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲問(wèn)題的思路和方法：在車輛怠速工況及行駛工況下，對(duì)壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲問(wèn)題進(jìn)行了分析，并對(duì)問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化，最終實(shí)車確認(rèn)優(yōu)化效果，最后達(dá)到了解決電動(dòng)壓縮機(jī)在多個(gè)運(yùn)行工況下振動(dòng)噪聲問(wèn)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。

01  問(wèn)題描述及原因分析

1.1 問(wèn)題描述

某自主品牌純電動(dòng)汽車進(jìn)行主客觀評(píng)價(jià)及測(cè)試分析發(fā)現(xiàn)：整車在怠速工況或低速行駛工況時(shí)，電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)啟動(dòng)后，特別在2 500 r·min-1時(shí)，振動(dòng)噪聲較大，同時(shí)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到4 000 r·min-1以后，車內(nèi)噪聲明顯，并伴有強(qiáng)烈的壓耳感，且能明顯感覺(jué)到方向盤(pán)振動(dòng)，以上問(wèn)題主觀評(píng)價(jià)無(wú)法接受。

由于純電動(dòng)車的電動(dòng)壓縮機(jī)工作時(shí)和傳統(tǒng)車壓縮機(jī)不同，工作轉(zhuǎn)速區(qū)間較大，一般乘用車用電動(dòng)壓縮機(jī)工作轉(zhuǎn)速區(qū)間1 000 r·min-1～7 000 r·min-1，其特點(diǎn)是振動(dòng)噪聲的大小與轉(zhuǎn)速成正比。通過(guò)式（1）計(jì)算可得，壓縮機(jī)的基頻激勵(lì)區(qū)間在16 Hz～133 Hz，同時(shí)伴隨諧頻激勵(lì)。因此，從噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度（Noise, Vibration, Harshness,NVH）可知，其激勵(lì)頻率較廣。如果模態(tài)設(shè)計(jì)不好的情況下，很容易引起共振。

式中，f為電動(dòng)壓縮機(jī)基頻激勵(lì)頻率；n為電動(dòng)壓縮機(jī)工作轉(zhuǎn)速。

為了更好解決該研究樣車壓縮機(jī)工作時(shí)車內(nèi)振動(dòng)噪聲較大問(wèn)題，試驗(yàn)車輛通過(guò)控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network, CAN）外接信號(hào)控制接通空調(diào)A/C開(kāi)關(guān)，保持問(wèn)題轉(zhuǎn)速2 500 r·min-1以及進(jìn)行轉(zhuǎn)速升降控制，同時(shí)控制壓縮機(jī)的開(kāi)啟與停止。通過(guò)試驗(yàn)排查分析可知，2 500 r·min-1振動(dòng)噪聲較大的主要根源為壓縮機(jī)激勵(lì)頻率與方向盤(pán)模態(tài)42 Hz耦合共振，但是由于電動(dòng)壓縮機(jī)的激勵(lì)特點(diǎn)，無(wú)法通過(guò)模態(tài)解耦來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，只能通過(guò)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(yàn)樣車的電動(dòng)壓縮機(jī)布置在電驅(qū)系統(tǒng)上，從結(jié)構(gòu)路徑上分析建立“激勵(lì)源-傳遞路徑-接受者”分析模型。如圖1所示，包括壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制策略控制，壓縮機(jī)本體振動(dòng)噪聲控制，結(jié)構(gòu)空氣路徑優(yōu)化控制三個(gè)方向。對(duì)于結(jié)構(gòu)路徑傳遞，相對(duì)復(fù)雜，振動(dòng)噪聲主要通過(guò)三條路徑傳播：（1）通過(guò)壓縮機(jī)支架到達(dá)電驅(qū)總成，再通過(guò)懸置系統(tǒng)傳遞到副車架和縱梁上，然后經(jīng)過(guò)車身最終傳遞到方向盤(pán)及駕駛員人耳位置。該路徑已做優(yōu)化，無(wú)提升空間；（2）通過(guò)管路與車身安裝點(diǎn)傳遞到車身前圍進(jìn)而傳遞到方向盤(pán)及駕駛員人耳位置；（3）通過(guò)管路、冷卻水箱總成傳遞到縱梁上面最終傳遞到方向盤(pán)及駕駛員人耳位置。通過(guò)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(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)路徑進(jìn)行改善同時(shí)配合控制策略進(jìn)行約束，達(dá)到優(yōu)化車內(nèi)振動(dòng)噪聲的效果。

圖1 電動(dòng)壓縮機(jī)問(wèn)題分析模型

方案驗(yàn)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(jī)本體很難優(yōu)化，那么就需要通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)路徑和控制策略，以改善車內(nèi)振動(dòng)噪聲問(wèn)題。

2.1 路徑優(yōu)化

1. 空調(diào)管路軟管加長(zhǎng)

由于該研究車型機(jī)艙布置限制，前期在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，空調(diào)管路軟管長(zhǎng)度較短，無(wú)法起到較好的隔振效果，在振動(dòng)噪聲傳播的結(jié)構(gòu)路徑中將壓縮機(jī)管路進(jìn)行加長(zhǎng)230 mm驗(yàn)證，方案如圖2所示。

圖2 空調(diào)管路加長(zhǎng)方案對(duì)比

2. 空調(diào)管路安裝點(diǎn)隔振優(yōu)化

通過(guò)拆解分析，空調(diào)管路車身安裝點(diǎn)路徑有優(yōu)化貢獻(xiàn)。目前該車采用一級(jí)隔振方案，因此，需要在管路車身安裝點(diǎn)繼續(xù)增加隔振，實(shí)現(xiàn)二級(jí)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(diǎn)加隔振方案

3. 冷卻水箱隔振墊優(yōu)化

分析過(guò)程中識(shí)別到冷卻水箱振動(dòng)較明顯，測(cè)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(lái)的邵氏硬度70 HA降低至50 HA，方案對(duì)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(dòng)噪聲測(cè)試分析評(píng)估及主觀評(píng)價(jià)。車內(nèi)主駕右耳噪聲頻譜、方向盤(pán)振動(dòng)頻譜對(duì)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(zhǎng)方案，③為管路安裝點(diǎn)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(duì)比見(jiàn)表1，每個(gè)方案為逐一疊加。通過(guò)對(duì)比結(jié)果可知，無(wú)論是車內(nèi)噪聲還是方向盤(pán)振動(dòng)均有明顯的優(yōu)化，開(kāi)發(fā)過(guò)程空調(diào)開(kāi)一般選擇鼓風(fēng)機(jī)1擋、內(nèi)循環(huán)、吹面模式來(lái)評(píng)判壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲問(wèn)題，在電動(dòng)壓縮機(jī)工作轉(zhuǎn)速為2 500 r·min-1時(shí)，車內(nèi)噪聲的聲壓級(jí)由原狀態(tài)的48.7 dB(A)降低到40.6 dB(A)，方向盤(pán)振動(dòng)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(dòng)噪聲優(yōu)化明顯。同時(shí)，對(duì)比了增加方案后電動(dòng)壓縮機(jī)在2 000 r·min-1～6 000 r·min-1工作時(shí)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(jī)轉(zhuǎn)速2 500 r·min-1主駕右耳噪聲頻譜對(duì)比

圖6 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速2 500 r·min-1方向盤(pán)12點(diǎn)振動(dòng)頻譜對(duì)比

圖7 壓縮機(jī)各轉(zhuǎn)速下主駕右耳噪聲聲壓級(jí)對(duì)比

表1 優(yōu)化方案對(duì)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(cè)試結(jié)果有改善，但主觀評(píng)價(jià)壓縮機(jī)部分工況仍不滿足主觀評(píng)價(jià)目標(biāo)，需要針對(duì)壓縮機(jī)部分轉(zhuǎn)速段振動(dòng)噪聲問(wèn)題繼續(xù)改善，主要控制策略為針對(duì)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行聯(lián)調(diào)和問(wèn)題段避頻兩項(xiàng)優(yōu)化。其中本文采用了電動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、車速以及鼓風(fēng)機(jī)擋位聯(lián)合調(diào)控的方法，由于車速越高，純電動(dòng)車的其他噪音包括路噪、風(fēng)噪、電驅(qū)噪聲對(duì)壓縮機(jī)噪聲都有一定的掩蔽作用，其次鼓風(fēng)機(jī)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(jī)擋位進(jìn)行聯(lián)合控制，盡可能地降低壓縮機(jī)高轉(zhuǎn)速噪聲在車內(nèi)的感知情況。本文通過(guò)對(duì)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，對(duì)不同車速下鼓風(fēng)機(jī)擋位和壓縮機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速控制策略優(yōu)化矩陣圖

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際車輛運(yùn)行下的問(wèn)題頻率，對(duì)2 400 r·min-1～2 600 r·min-1段進(jìn)行了避頻，避免壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)工作時(shí)落在該區(qū)間，實(shí)車主觀感受得到進(jìn)一步改善，主觀評(píng)價(jià)可接受。

同時(shí)，由于空調(diào)系統(tǒng)控制策略的調(diào)整，需要對(duì)電動(dòng)壓縮機(jī)制冷性能驗(yàn)證，參照QC 658—2009-T汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)性能道路試驗(yàn)方法，最終結(jié)果滿足最初的制冷性能設(shè)計(jì)需求。

最終，通過(guò)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(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)。綜合方案可以很好地解決純電動(dòng)汽車空調(diào)壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲較大的問(wèn)題，具備較高的工程指導(dǎo)應(yīng)用價(jià)值。

03  結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)某自主品牌純電動(dòng)車電動(dòng)壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲問(wèn)題進(jìn)行了分析與研究，通過(guò)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(dòng)壓縮機(jī)的振動(dòng)噪聲問(wèn)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(guò)對(duì)壓縮機(jī)相關(guān)的問(wèn)題分析和結(jié)構(gòu)傳遞路徑進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整管路長(zhǎng)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(jī)2 500 r·min-1由共振引起的車內(nèi)振動(dòng)噪聲大的問(wèn)題。

（2）提出了一種解決電動(dòng)壓縮機(jī)振動(dòng)噪聲問(wèn)題新的思路，通過(guò)轉(zhuǎn)速控制策略與車速，鼓風(fēng)機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速在4 000 r·min-1以上時(shí)車內(nèi)噪聲大的問(wèn)題。該方案具有很高的工程指導(dǎo)意義。