電動汽車熱泵系統壓縮機NVH問題分析及優化

中圖分類號：U469.72 TH213.3 文獻標志碼：A DOI：10.20104/j.cnki.1674-6546.20240267

Analysis and Optimization of Compressor NVH Problem in Electric Vehicle Heat Pump System

ZhuShunkuan，Xia Yinyuan （CheryAutomobileCompanyLimited，Wuhu241007）

【Abstract]The noise source and the noise transmissionof the compressorNVH problem of the electric vehicle heat pump systemarestudied，andtheimprovementisadebyptimizingtheinteralstructureofteelectricompresor，nceasigthe acousticpackageand optimizing theairconditioningpipeline.TheNVH testresultsshow that theinternal structure optimizationcanreducethevibrationexcitationnoiseoftheelectriccompressorwhiletheadditionofacousticpackage andair conditioning pipelineoptimizationcan reduce thecompressrnoise transmission.These enhancementscontribute toa reduction in the noise levelofthe heat pump system during operation and theNVH performance of the vehicle.

Key words：Electric vehicle，Heat pump system，Noise source，Noise transmission，Acoustic package

【引用格式】祝順寬，夏寅遠.電動汽車熱泵系統壓縮機NVH問題分析及優化[J].汽車工程師，2025（7）：44-48.ZHU S K， XIA Y Y.Analysis and Optimization of Compressr NVH Problem in Electric Vehicle Heat PumpSystem[J]. Automotive Engineer，2025（7）： 44-48.

1前言

傳統燃油汽車空調系統的噪聲源一般為固定于發動機的空調壓縮機，發動機懸置的減振作用減少了噪聲問題的發生。冀軍鶴等借助擴張式消聲器理論模型，對壓縮機氣流通道進行改進，使排氣脈動由 18.5kPa 降低至 9.0kPa 。商國旭等2對振動噪聲數據采用頻譜分析、階次追蹤等方法，通過優化支架結構提升模態頻率避免共振，將車內噪聲聲壓級降低了 2.5dB（A） 。空調管路作為噪聲的主要傳遞路徑，是NVH問題分析過程中重點關注的對象。張建國、唐培等-4通過更換膠管材料并增加長度、增加消聲器和配重塊等方法將車內噪聲聲壓級降低了4＼～5dB（A）。段傳學通過優化膨脹閥及其連接管的結構，解決了高頻嘯叫問題。

插電式混合動力汽車（Plug-inHybridElectricVehicle，PHEV）、增程式混合動力汽車（RangeExtendElectricVehicle，REEV）的空調系統與傳統燃油車空調系統差異不大，相關NVH問題的研究可相互借鑒。

由于純電動汽車需要降溫或加熱的零部件較

44|汽車工程師

多、系統較為復雜，按是否具有熱泵功能，可將其空調系統分為熱泵系統和非熱泵系統兩類。熱泵系統相對復雜，電動壓縮機是其主要噪聲源之一。針對電動壓縮機的NVH問題，首先要確認壓縮機自身振動是否合理、無突變，一般可根據整車和壓縮機總成NVH測試結果分析壓縮機總成噪聲與整車噪聲的關聯性，初步判定可能的原因，通過進一步分析壓縮機內部平衡塊、動靜盤、電機等噪聲強關聯零部件對該噪聲問題的影響，尋找優化方案，進行改進并加以驗證。此外，壓縮機噪聲一般通過空氣和固體兩個途徑傳遞到乘員艙，因此也可根據噪聲頻率對這兩個傳遞路徑進行分析。其中，空調管路是最主要的固體傳遞路徑。

本文針對純電動汽車熱泵系統壓縮機NVH開發驗證問題，對壓縮機噪聲及其傳遞進行分析及優化，以提高車輛的舒適性。

2電動壓縮機噪聲源改善

電動壓縮機的NVH問題可以用響度、尖銳度、語音清晰度、粗糙度、音調度等聲品質客觀參量進行分析。陳江艷等發現不同場點、不同轉速下壓縮機的聲品質客觀參量值差異明顯，且隨轉速變化，各參量的變化趨勢各不相同，但特征響度及其峰值的頻帶分布只與場點位置有關，與轉速無關。羅穎等通過壓縮機配重優化與零件加工結構優化，降低了壓縮機振動激勵，有效改善了車內噪聲與振動。邱琳通過優化空調壓縮機轉速控制策略避開支架1階模態頻率、改變壓縮機轉速下降速度、消減壓縮機內部動靜盤運行不良摩擦等措施，改善了壓縮機運轉噪聲。譚雨點等通過傳遞路徑及模態分析得出壓縮機在高轉速下與壓縮機支架產生共振是壓縮機振動噪聲問題的主要原因，提出優化支架及框梁結構的方案，有效降低了車內噪聲和振動。

針對電動壓縮機的噪聲問題，應優先確認其振動及噪聲水平，盡可能對壓縮機自身的內部結構設計進行分析以尋找優化方案。

2.1電動壓縮機平衡塊質量及角度優化

某純電動汽車熱泵系統在壓縮機轉速超過6100r/min 時的車內噪聲主觀評價結果為無法接受，對整車開展空調開啟狀態下的駕駛員右耳處噪聲測試，結果如圖1所示。當壓縮機轉速達到6100r/min 以上時，1階噪聲聲壓級明顯超過目標值，最大超出目標值約19dB（A）。

對壓縮機進行臺架測試，壓縮機單件振動和噪聲測試結果如表1所示。

由表1可知，電動壓縮機轉速超過 6000r/min 后振動水平急劇惡化，3個方向上的惡化程度排序為Z向最大 ??X 向次之、Y向最小，因此判斷壓縮機內部零部件動平衡可能存在問題。壓縮機動平衡測試結果表明，其動不平衡量高達 48.2g?cm 。對平衡塊進行優化調整，調整前、后對比結果如表2所示。

改進后，壓縮機單件各向振動和噪聲均明顯改 善，臺架測試結果如表3所示。

將改進后的壓縮機安裝到整車，進行NVH測試，結果如圖2所示，車內噪聲改善明顯，基本達到目標要求，主觀評價結果為可以接受。

2.2 電動壓縮機電機24階次電磁力優化

某純電動汽車熱泵系統工作時的主觀評價結果為無法接受，具體表現為壓縮機低速運轉時車內存在明顯的“鳴鳴”聲。對整車開展空調開啟狀態下的駕駛員左耳處噪聲測試，壓縮機在 1150r/min 和1200r/min 轉速條件下，分別識別出高達38＼～48dB（A）的突變噪聲峰值。

基于測試結果計算可知， 1150r/min 轉速下的460.4Hz 處峰值為24階次， 1200r/min 轉速下的479.5Hz 峰值也為24階次。該電動壓縮機電機為8極12槽方案，即主階次為24階，由此判斷該噪聲較大概率由電動壓縮機電機24階電磁力激勵引起。對電機進行優化，在電機轉子外側規則的圓弧面上增加輔助槽，如圖3所示。仿真分析結果表明，該措施可降低電機的徑向電磁力，進而減小24階振動和噪聲。

將改進方案在整車上進行測試，壓縮機低速工作時，車內23＼～25階電磁噪聲平均降低 7.5dB（A） ，最大降低13.1dB（A），優化后與優化前的測試結果對比情況如圖4所示，主觀評價結果為可以接受。

3增加壓縮機聲學包

某純電動汽車熱泵系統電動壓縮機高頻噪聲明顯偏高，主觀評價結果為不可接受。在駕駛員右耳處進行噪聲測試，壓縮機轉速 800～8000r/min 工況下，壓縮機 500Hz 以上中、高頻噪聲聲壓級平均值為33.9dB（A） ，最大達到 52.4dB（A） ，超出 ?46dB（A） 的目標要求，相應噪聲主要通過空氣傳遞到車內。

測試數據顯示，噪聲峰值出現在 3250Hz 的高頻段，可判斷該噪聲為通過空氣傳遞的噪聲，故決定采用可有效改善空氣傳遞的聲學包方案，聲學包由外層 2mm 厚三元乙丙橡膠（EthylenePropyleneDieneMonomer，EPDM）和內層 13mm 厚聚氨酯（PolyUrethane，PU）組成，根據自身結構和邊界空間需要作局部去料和減薄處理，如圖5所示。

增加聲學包后，采取相同的測試方法進行測試。結果表明，壓縮機轉速 800～8000r/min 工況下，壓縮機 500Hz 以上中、高頻噪聲聲壓級平均值為29.1dB（A） ，最大為 43.6dB（A） ，較優化前分別降低了4.8dB（A）8.8dB（A），達到目標要求，主觀評價結果為可以接受，測試結果如圖6所示。

1 空調管路優化

某純電動汽車設計驗證（DesignVerification，DV）階段車內駕駛員右耳處的實際噪聲水平在壓縮機部分轉速范圍超出目標值，最高超出15dB（A）。

經分析，壓縮機自身并沒有明顯的振動和噪聲超標問題，噪聲表現也不在中高頻段，而將壓縮機吸、排氣管固定后，主觀感受到噪聲明顯改善，因此，對空調管路進行優化，調整壓縮機吸氣管和排氣管走向，以及硬管和膠管長度，如圖7、表4所示。

經整車測試驗證，空調管路優化后車內噪聲改善明顯，如圖8所示，主觀評價結果為可接受。壓縮機噪聲僅在 1946±50r/min 轉速范圍略有超標，可通過調整壓縮機轉速控制策略避開該轉速段的方法解決。

5 結束語

本文針對4款純電動汽車熱泵系統壓縮機NVH問題進行分析及優化，得到以下結論：

a.通過優化平衡塊提升壓縮機動平衡性能，可以改善壓縮機總成振動性能，從而改善壓縮機及整車噪聲水平。

b.通過壓縮機電機轉子增加輔助槽優化徑向電磁力可以改善壓縮機電機主階次噪聲水平。

c.通過增加壓縮機聲學包可以改善空調中、高頻噪聲水平。

d.空調管路設計中，通過縮短壓縮機端硬管長度可改善固體傳遞帶來的壓縮機噪聲問題。

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（責任編輯白夜）

修改稿收到日期為2024年8月26日。