NVH指Noise(噪声),Vibration(振动)和Harshness(声振粗糙度),业界将噪声、振动与舒适性的英文缩写为NVH,统称为车辆的NVH问题。NVH是衡量汽车制造质量的一个综合性问题,它给汽车用户的感受是最直接和最表面的, 因而对用户来说显得尤为重要。对于汽车而言,NVH问题是处处存在的,根据问题产生的来源又可分为发动机NVH、车身NVH和底盘NVH三大部分,进一步还可细分为空气动力NVH、空调系统NVH、道路行驶NVH、制动系统NVH等等。本文将围绕汽车空调系统的NVH技术进行叙述。汽车空调一般主要由压缩机(compressor)、电控离合器、冷凝器(condenser)、蒸发器(evaporator)、膨胀阀(expansion valve)、贮液干燥器(receiver drier)、管道(hoses)、冷凝风扇、真空电磁阀(vacuum solenoid)、怠速器和控制系统等组成。汽车空调管路又分高压管路和低压管路。高压侧包括压缩机输出侧、高压管路、冷凝器、贮液干燥器和液体管路;低压侧包括蒸发器、积累器、回气管路、压缩机输入侧和压缩机机油池。传统空调的NVH性能主要集中在四个方面,分别是压缩机的辐射噪声、压力脉动、扭矩波动,发动机转速波动和开空调升降速异响。冷却风扇的NVH问题主要有:冷却风扇噪声、冷却风扇煽动平衡和冷却风扇拍频率,鼓风机的NVH性能主要有:鼓风机噪声、电机异响、电机电刷噪声、鼓风机动平衡。新能源汽车空调系统NVH性能要求则更高一点,电动压缩机会出现压缩机辐射噪声问题以及一阶振动问题。暖风水循环容易有暖风水路流水问题,水泵还有振动噪声问题,热泵空调管路会出现冷媒流动声问题以及阀门切换声问题。通常来说,空调系统NVH问题的产生是因为在空调系统性能开发前期设计里,没有把空调系统NVH性能指标作为设计目标要求,没有进行目标分解,没有进行针对性或者兼顾性开发,没有纳入开发节点各环节。因此,在开发前,有必要对NVH性能进行目标设定,并逐步规划好开发阶段。空调系统NVH性能的开发过程主要分为4个阶段:产品概念设计阶段、产品详细设计阶段、产品设计验证阶段和生产准备阶段。在产品概念设计阶段,首先要进行竞品分析,根据研发车型的市场定位,以及对目标消费人群的分析,确定几个对标车型。根据整车和系统的目标值,制定对标车型测试计划,测试对标车型的性能参数,并对主要的设计方案和关键尺寸进行测量和记录,最终形成对标报告。之后要依据造型、成本、环境件和沿用件等输入的综合分析,写出整车的空调系统振动噪声开发策略,包括对零部件选型、零件安装和几何匹配、软件方案和模态匹配的建议,并综合运用仿真和试验的方法,证明上述建议可以达到整车空调系统振动噪声目标值。依据竞品分析和开发策略,设定整车目标,即:与车型平台和使用工况密切结合的目标值振动噪声体系,输入产品品牌的定位,市场反馈、客户需求以及对标数据库。最后依据空调系统的主要构成对其进行目标分解。目标大体上可以分为空调管路的软管长短,消声器布置的空间,压缩机的辐射噪声、压力脉动、支反力,HVAC空调总成的鼓风机动平衡、电机异常响动、电机破刷声和风门切换声,冷却风扇的辐射噪声、煽动平衡及电机异响。在产品详细设计阶段,根据从整车空调系统NVH目标分解值分解而成的零部件NVH目标值对HVAC空调总成、压缩机、冷却风扇和鼓风机分别制定零部件级别的目标值,根据供应商提供的选型前的实验报告判断NVH风险,制定防止措施或者提出选型建议。由产品工程师整合在零部件选型的技术建议中。在布置校检阶段,要对出风口面积(有效面积)、空调软管长度、鼓风机进风口DMU、暖风水管管路、空调风管压降、通过噪声和压损,外循环进风口面积等进行校对核准。同时也要对出风口噪声、风速和压损、双腔扩张衰减率进行仿真分析。在产品设计验证阶段,首先要对空调系统进行验证,验证结束后进行整车匹配和优化。最后进入生产准备阶段,要特别注意控制生产的一致性综上所述,空调NVH的总体开发思路可以可以概括为以下流程开空调压缩机方向盘抖动分析空调的振动传递:在发动机怠速工况下,开空调压缩机后方向盘抖动出现,抖动无法容忍。开启出压缩机以外的其他用电设备如大灯音响系统后,方向盘也抖动,但幅度有所不同,可以初步得出结论是由于发动负荷变大振动变大造成的问题。从悬置、方向盘的模态,刚度等分析,查出悬置刚度隔振量不满足要求, 方向盘模态也不满足要求; 从发动机ECU扭矩补偿量分析,通过调整扭矩补偿量可以改善,减小振动。因此,方向盘抖动是综合的NVH问题,可以通过优化悬置刚度、优化方向盘模态为 Hz,调整了ECU扭矩补偿量, 最终解决问题。结构传递典型案例 :在空调后鼓风机开启4档和5档,中通道手扶箱盖板振动明显。问题的原因可能是从振动传递路径分析,见下图:由此可以看出振动是由硬性联接造成的, 可以通过增加橡胶垫解决。暖风系统典型案例: 发动机启动瞬间,特别是冷车状态下,仪表台下有1-2S时长的“哗啦啦”流水声。初步判断是加热器芯体内有空气造成,根据发动机冷却系统循环原理可以的出结论:发动机小循环冷却系统中存在空气致使发动机启动瞬间存在流水声。根本原因是发动机小循环冷却系统不能排气,大循环很难排气。随着空调系统技术的不断发展,未来空调的压缩机转速更高,给空调NVH性能带来的挑战就越多:对此,要严格控制压缩机的噪声,尽量采用纵向压缩机布置、压缩隔振或二级隔振。加强空调管路置顶隔振;采用更大长度的或者更低刚度的空调软管;严格阀门选型控制阀门噪声;优化暖风水管回路设计。空调软件标定方面,制定压缩机转速限速和避频策略、制定暖风水泵启动策略、考虑消除冷媒流动声的冷却风扇转速标定。
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