空调压缩机支架与发动机共振问题的优化

吴涛，孙强（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

空调压缩机支架与发动机共振问题的优化

吴涛，孙强
（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

摘 要：针对空调压缩机支架与发动机之间的共振问题，通过改变压缩机支架的结构及固定方式，提高压缩机支架在发动机上的模态强度，增大压缩机支架与发动机之间的频率比，达到优化压缩机支架与发动机之间共振问题的目的，经试验验证及主观NVH评价，效果均有明显改善。

关键词：压缩机支架；发动机；共振；模态；NVH

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.019

CLC NO.: U464.9 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-48-02

引言

随着现在市场对整车噪音（NVH）越来越高的要求，空调系统的噪音性能也越来越受重视。汽车行驶时出现的共振问题，常表现为在某个特定转速时，车内噪音明显增大，以及特定转速时，从方向盘、底盘等部位传递至乘客身上的振动感明显增强，严重时甚至会伴随有共鸣音，对车内乘客的耳膜压迫较大，严重影响车内乘坐的舒适性。本论文主要针对某款车型空调压缩机支架与发动机共振问题提出某种解决方案，为解决类似问题提供参考。

1、问题描述

对某款车型进行车内噪音主观评价，本文以3档WOT全油门加速模式，对整车该车850转～3500转时的车内噪音进行主观评审，结果显示，该车在其余转速时噪音及振动均可接受，但在发动机2300转及3300转左右时，车内噪音明显增大，方向盘及底盘的振动感明显增强且伴有强烈的耳膜压迫感，主观评价无法接受。

2、原因分析

传递至基础力上的幅值，与激振力的幅值之比的绝对值称为传递率，传递率的计算公式：

其中，Fb为基础力的幅值，F为激振力的幅值，r为频率比。由公式可知，要使传递至基础力上的幅值，小于激振力的幅值，也就是T＜1，需要满足

即如果需要完全避免共振问题，激振频率与系统固有频率之间的比值，需要大于1.4倍以上。同时，由公式可知，在r＞1时，r越大，减震效果越好。

经实际测量，压缩机支架本身的固有模态为212.4HZ，无法满足大于发动机本身点火频率（200HZ）的1.4倍的要求，故初步判断，压缩机支架本身固有模态较低，为该车震动现象的主要因素。

为了验证压缩机支架的模态的确是导致发动机2300转、3300转共振的主因，对该车压缩机支架进行配重处理，相应试验结果如图1所示：

图1中，实线为压缩机支架配重前数据，虚线为压缩机支架配重后数据，从试验结果来看，压缩机支架配重后，四阶噪音曲线和六阶噪音峰值明显降低，同时整车在发动机2300转/3300转时的噪音曲线峰值随四阶、六阶相应峰值降低而降低，所以判断，该共振问题是由于压缩机支架造成。

3、解决方案

前述查明该共振问题，是由于压缩机支架本身固有模态不足导致，故针对压缩机支架本身的固有模态，制定相应解决方案。

对原有支架进行有限元分析，检验该支架刚度薄弱点，并进行优化。从前述公式来看，压缩机支架固有频率与阶次激励频率之间的比例，r＞1之后，r越大，共振力受到的阻尼就越大，减震效果也就越好。

由于支架本身的模态频率可通过改变支架的结构、提升支架刚度等方式进行优化，故针对该车的实际情况，在尽可能不变更其余零部件的情况下，将该车压缩机支架本身的刚度进行优化，模拟结果如图2所示：

从模拟结果来看，优化前的支架固有模态为202.8HZ，优化后的支架，固有模态为229.5HZ，支架强度约提升13.2%。

按数模进行实物样件制作，并对新压缩机支架进行锤击法模态测量实验，结果如图3所示：

从试验结果来看，实物样件的固有模态，分别为212.4HZ 和239.9HZ，实物相对于模拟结果略有偏差，但效果更好，相比于整改前212.4HZ的固有模态，整改后压缩机支架固有模态频率增加到239.9HZ，相较于原本压缩机支架的固有模态，支架强度约提升12.9%左右。

4、效果验证

随机选取该车型一款车辆进行摸底测量，再一次确认共振现象之后，将优化后的新压缩机支架安装在该试验车上，并将原支架与新支架全油门加速试验数据进行对比，如图4所示：

实线为新状态压缩机支架数据，虚线为状态数据，从试验结果可以看出，2300转的六阶激励频率时，新压缩机支架最高峰频率由原本的2300转左右后移至2400转左右，而由于新压缩机结构增强、阻尼变大的原因，导致新压缩机的振动加速度明显变小，振动幅值明显降低，在图4上的体现就是噪音声压级明显降低，该车发动机噪音随转速的提升而提升，平顺性较好；同理，3300转的四阶激励频率由原本的3300转后移至3700转左右，原噪音声压级峰值也同样具有明显下降的现象。

经前后组织主观评审确认，整车噪音平顺性有明显提升，发动机800转～3500转的噪音体验中，无共振、共鸣音等现象出现，表现较好。

5、结论

在压缩机支架设计阶段，应该充分考虑到支架与发动机之间共振的可能性，根据发动机的构成计算出对支架刚度的最低要求，然后对支架进行刚度优化设计，压缩机支架本身的固有模态提升越大，共振的可能就越小，如条件允许，应尽量保持压缩机支架刚度在阶次激励频率的1.4倍以上。

参考文献

[1] 庞剑,谌刚,何华.汽车噪声与振动理论与应用[M].北京:北京理工大学出版社,2006:259-279.

[2] 丁国良,欧阳华,李鸿光.制冷空调装置数字化设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2007:27-45.

[3] 沃德·海伦,斯蒂芬·拉门兹,波尔·萨斯.模态分析理论与试验[M].白化同,郭继忠译.北京:北京理工大学出版社,2001:181-190.

Air conditioning compressor bracket and engine optimization resonance problem

Wu Tao, Sun Qiang
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

Abstract:According to the resonance problem between the bracket and theengine air conditioning compressor, by changing the structure of the compressor bracket and fixing way, improving the modeintensity compressor bracket on the engine, to solve theresonance problem between the compressor bracket and the purpose of engine, verified by test and subjective evaluation, the effect of significantly improved.

Keywords:Compressor; Engine; Resonance; Modality; NVH

作者简介：吴涛，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心。

中图分类号：U464.9

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2015)10-48-02