奔腾X80轿车空调鼓风机异响故障分析及改善

熊世宽

（一汽轿车股份有限公司产品部，吉林 长春 130012）

奔腾X80轿车空调鼓风机异响故障分析及改善

熊世宽

（一汽轿车股份有限公司产品部，吉林 长春 130012）

根据奔腾X80车型空调鼓风机异响故障现象，分析其故障排查过程，并提出通过调高PWM信号频率的解决方案。

空调鼓风机；异响；PWM频率；共振

1 故障现象

在开发验证阶段，奔腾X80批量出现空调鼓风机异响问题。具体现象为：打开空调鼓风机后，当风量在低挡位（1～4挡）运行时，会持续发出“嗡嗡”的噪音，干扰驾驶员驾驶。调高鼓风机风量后，噪音逐渐减小但不消失；关闭鼓风机，噪音消失。

2 故障排查

根据笔者经验分析，造成空调鼓风机异响的常见原因有：鼓风机内进入杂物、叶轮松动、轴承松脱或过紧（缺润滑油）、电磁共振等。针对故障现象，对产生异响的空调鼓风机进行以下故障排查工作。

1）拆下故障车鼓风机，检查其内部，未发现鼓风机有杂物存在，叶轮也无松动或干涉问题。进一步检查电机内部，查看轴承与端盖配合处，未发现存在固定不牢或磨损、缺油的现象。接着，在故障车辆上重新更换了3台新鼓风机测试噪音，发现故障依然存在。由于故障车鼓风机内部机构并无异常，且更换新的鼓风机后异响声音依然存在，因而排除鼓风机的单件品质问题。

2）直接对故障车鼓风机的工作端施加2.4（1挡）～12V不等的直流电压（不接空调控制器），发现异响消失。但接回实车环境（接空调控制器），异响再次产生。图1为故障车风量在1挡时，鼓风机两侧的电压波形。可以看出，当故障车鼓风机风量在低挡运行时，电压波动剧烈，示波器上显示空调控制器PWM控制信号频率约为976Hz，占空比25%。

图1 风量1挡时空调鼓风机两端电压波动

逐渐将风量挡位升高，发现鼓风机两端电压出现不同程度的波动，但波动幅度及整体噪音逐渐降低。由于X80鼓风机采用PWM信号控制，此次捕获到的PWM信号频率较低（976Hz）。根据笔者经验，高频的PWM信号不易使电机发生机械共振，但低频信号（频率低于1 kHz）易产生共振，使得电机振动乃至“鸣唱”（一种音频域内的低鸣声）。因此怀疑此次电机异响产生的原因为空调控制器输出PWM信号频率设置过低，使得该频率与鼓风机固有频率接近，产生共振。

3）修改空调控制器鼓风机输出端频率，设置为3.906kHz，实车测试后发现异响消失。在此频率下，1挡风时鼓风机控制端输出波形如图2所示。

保持该频率不变，逐渐提高风量挡位，发现此时无论处于低挡还是高挡，鼓风机输出电压均未出现明显波动，电机噪音消失。稳定运行较长时间，噪音也不再复现。由此，确定该故障的原因为PWM信号频率设置过低导致。

图2 修改PWM信号频率后鼓风机两端电压

3 原因分析

图3为奔腾X80空调鼓风机控制电路原理。该车型空调鼓风机调速采用调速模块，空调控制器发出PWM信号（BLOWER_CONTROL鼓风机控制），控制调速模块的功率输出变化，从而调节鼓风机两端的电压。

图3 X80空调鼓风机控制电路原理图

PWM控制电机转速的原理为：PWM信号通过控制MCU输出的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求。在PWM驱动控制的调整系统中，按固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。这里鼓风机控制端频率是跟随MCU的频率，通过不断切换MOS管开关频率来改变鼓风机两端的电压，从而实现调速控制。

显然，空调控制器端设计PWM调速信号频率时，必须避开鼓风机机座、端盖等的固有频率。这部分频率的大概范围为400～2 000 Hz（各鼓风机厂家有所不同）。由于此次X80故障车鼓风机的PWM控制信号频率明显过低，与鼓风机固有频率存在重叠，因而产生共振。当电机低速运转时，这种电机共振产生的“鸣唱”音会更加明显。

4 解决方法

根据以上分析，如何恰当、合理地设置PWM信号频率是解决鼓风机电机异响问题的关键。

空调控制器端PWM信号频率设置原则为：设置频率必须大于鼓风机电枢、端盖等固有频率。这些参数是由鼓风机厂家提供的，由于未能及时获得该参数，故根据经验，将频率设置为2倍于根据经验值分析的鼓风机固有频率，即3906Hz。

值得注意的是，PWM固定频率设置也不是越高越好。频率越高，对外界产生的电磁干扰（EMC）就越大，对调速模块的开关频度要求越高。如果设置太高，会影响到调速模块的寿命。一般建议大于2～4倍电机工作的固有频率即可。

如果能够获得电机的详细参数，也可以通过公式（1）计算设置PWM频率

式中：f——PWM设置频率；L——电枢电感；R——电枢电阻。

R可以由万用表测得，但电感L如果没有专门的电感测量仪器，就无法得知它的具体数值。这个数值应该由鼓风机厂家提供。

通过以上措施，提高鼓风机PWM控制信号频率后，通过设计方案的优化，彻底解决了奔腾X80空调鼓风机电机异响故障。

（编辑 心翔）

Troubleshooting and Improvement on Air-conditioning Blower Noise of Besturn X80

XIONG Shi-kuan

（Products Development Department，FAW Co.，Ltd.，Changchun 130012，China）

Based on the air-conditioning blower abnormal noise issue on Besturn X80，the article analyzes the maintenance process and proposes a solution to increase PWM signal frequency.

air-conditioning blower；abnormal noise；PWM frequency；resonance

U463.851

A

1003－8639（2017）02－0069－02

2016-06-28

熊世宽（1984-），男，工程师，先后从事空调系统、项目管理、电气架构设计等工作。