技术贴 | 空调系统NVH之气动噪声解析

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前言

电动汽车空调系统NVH问题主要来源于电动压缩机振动噪音、前端FEM流场变化引起的风扇NVH问题、HVAC鼓风机及内置冷凝器噪音、热泵系统NVH、管路振动及电控阀开关引起的冷媒声等。根据其形成的机理，主要可分为结构噪声和气动噪声两大类。

结构噪声主要包括：

• 压缩机振动和阶次啸叫噪声；
• 电机结构和电磁高频噪声；
• 水泵、风扇、阀门及管路振动噪声；
• 暖通箱体表面、蒸发器芯体、热交换器芯体等共振噪声

气动噪声主要包括：

• 冷却风扇、鼓风机旋转噪声；
• 蜗壳、管道涡流噪声；
• 出风口喷流噪声；
• 空腔共振轰鸣声；
• 风门泄漏声、哨声；

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空调气动噪声开发

整车空调系统NVH性能开发涉及到热管理、NVH、CAE/CFD等多个部门。热管理主要关注HVAC主机热性能目标如风量、转速等；NVH部门主要负责整车空调系统NVH性能目标设定与达成，包括空调NVH目标定义与分解、DMU数模检查、HVAC台架及整车的测试与调试优化等；CAE主要负责各个部件（如压缩机、水泵、风扇、鼓风机等）系统的结构强度和模态分析；前端机舱以及空调箱系统的CFD及气动噪声分析通常由CFD或NVH部门负责。

目前针对空调气动噪声分析较为常用的方法有以下2种：

1、CFD方法。通过在CFD软件中添加FW-H声学模型，可以积分计算得到驾驶员人耳处的响应。但FW-H模型本身只适应于声源向自由场的辐射，无法考虑声波在管道内吸声与反射等因素。且FW-H方程求解的是脉动偶极子声源，无法求解由湍流本身引起的气动噪声问题，故在采用该模型计算空调系统气动噪声问题时，积分源面的选择尤为关键。

2、CAA方法。通过CFD流场计算获得声源信息插值到声学软件上进行声传播的计算。

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HVAC气动噪声分析

空调系统气动噪声涉及到鼓风机，空调箱、管路、出风口等多个部件，为了评估每个系统的噪声贡献量，开发工作一般分为三个阶段进行：

第一阶段，分析空调管道及不同通风口噪声。

第二阶段，在第一阶段基础上增加鼓风机和空调箱，分析整个HVAC系统气动噪声。

第三阶段，在整车中评估HVAC系统气动噪声。

在三个阶段的开发工作中，试验的设计很大程度上影响着仿真和试验对标精度。在第一和第二阶段中，减弱外部子系统的噪声非常重要，比如第一阶段消声室外部风扇阶次和气流噪声，第二阶段空调箱振动噪声。第三阶段在整车环境下测试空调系统气动噪声试验条件更加具有挑战性，需要确保仪表盘和驾驶室振动最小化。另外外部噪声通过侧窗和前风挡，以及进气背景噪声等影响也较难规避，同样会影响该阶段的对标结果。

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HVAC气动噪声优化

空调系统风机、风道等气动噪声问题优化，是一个典型的多目标优化问题，需要尽可能在不牺牲气动性能的情况下，降低部件和系统噪声。优化改型往往以风机或风道噪声和气动性能为约束，使用多目标优化算法，执行全局寻优。

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总结

新能源汽车没有了发动机遮蔽，背景噪声减小，使得空调系统NVH成为整车NVH主要贡献源之一，尤其是在驻车及低速行驶的工况下。因此在新能源空调系统气动噪声开发中，只通过控制出风口风速的开发手段已很难满足车内静谧性要求。正向开发阶段通过对各个部件及系统进行CFD和气动噪声分析，同时通过多目标优化算法以及机器学习等手段进行精细化优化方能满足日益严苛的NVH要求。 

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