混合动力轿车热泵系统NVH控制技术研究

赵利平 、耿金涛、刘伟

北京汽车研究总院有限公司，北京市， 101300

摘要：文章针对混合动力轿车中热泵系统在NVH（噪音、振动、刺激）控制方面展开研究。通过分析混合动力车辆的NVH问题，探讨了热泵系统在车辆中的应用，并提出了相应的NVH控制技术方案。实验验证和理论分析得出了一系列有效的NVH控制策略，为提升混合动力车辆的NVH性能提供了理论支持和技术指导。文章在这一领域的研究为未来的混合动力车辆设计和优化提供了重要参考。

关键词：混合动力车辆；热泵系统；NVH控制

引言：

近年来，随着混合动力车辆的普及和发展，对其NVH（噪音、振动、刺激）控制方面的需求不断增加。特别是热泵系统作为混合动力车辆中的关键组成部分，其在NVH方面的影响日益凸显。因此，研究混合动力轿车热泵系统的NVH控制技术，对于提升车辆的驾乘舒适性、降低噪音污染、增强车辆的竞争力具有重要意义。

1 NVH问题分析

1.1 噪音源分析

混合动力轿车的噪音问题是影响车辆乘坐舒适性和环境噪音污染的重要因素之一。噪音源可以分为内部和外部两类。内部噪音主要由发动机运转、传动系统、制动系统以及车辆电子设备等产生，这些噪音通过车辆结构传导和空气传播到车内或外部环境。外部噪音则主要来自车辆行驶时与路面摩擦、风阻以及空气流动产生的噪声。

1.2 振动源分析

振动是混合动力轿车NVH问题的另一个重要方面，它直接影响了车辆的舒适性和驾驶品质。振动源可以包括发动机、传动系统、车轮与路面的接触以及车辆结构本身的振动。发动机的振动主要由气缸爆发、曲轴旋转等引起，而传动系统和车轮与路面的接触则会产生与车速和路况相关的振动，这些振动通过车辆底盘和座椅传导到车内。

1.3 刺激源分析

刺激源主要指在车辆行驶过程中产生的各种不适感，如颠簸、震动等。这些刺激源可能来自于路面不平、车辆悬挂系统的设计、制动系统的性能以及车辆结构的刚度等因素。这些刺激源会直接影响到乘客的乘坐舒适性和驾驶体验，尤其是在长时间行驶或复杂路况下，刺激源的影响更加显著。

2 热泵系统在混合动力车辆中的应用

2.1 热泵系统原理及结构

热泵系统是一种利用热力学原理实现热量传递和转换的系统，在混合动力车辆中的应用十分广泛。其原理和结构对于理解其在车辆中的应用至关重要。热泵系统的基本原理是利用工质的压缩和膨胀来实现热量的转移，实现冷热源之间的热量平衡。其结构主要包括压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀等组件。首先，压缩机负责将低温低压的工质压缩，提高其温度和压力；然后，工质进入蒸发器，在吸收外界热量的过程中蒸发，并从液态转变为气态；接着，气态工质进入冷凝器，在释放热量的过程中冷却并变成液态；最后，通过膨胀阀减压和控制工质流量，完成循环运行。

2.2 热泵系统的工作原理

热泵系统的工作原理主要基于蒸发冷却和冷凝加热的热力学过程。当工质通过压缩机被压缩、加热并进入高温高压状态时，其温度和压力都会升高。然后，工质通过蒸发器，在吸收外界热量的过程中冷却并变成气态；接着，气态工质进入冷凝器，在释放热量的过程中冷却并变成液态；最后，通过膨胀阀减压和控制工质流量，实现循环运行。

2.3 热泵系统在车辆中的影响

热泵系统在混合动力车辆中的应用会对车辆的性能和NVH产生一定的影响。首先，热泵系统可以提高车辆的能效和燃油利用率，减少尾气排放和环境污染，这对于环保和可持续发展具有重要意义。其次，热泵系统的运行可能会产生一定的噪音和振动，尤其是在压缩机和膨胀阀等部件运转时，可能会对车辆的NVH性能产生一定的影响，需要在设计和优化中加以考虑和解决。

3 NVH控制技术研究

3.1 噪音控制技术

在混合动力车辆中，噪音控制技术是至关重要的一环。噪音的来源多种多样，包括发动机、传动系统、车轮与路面的摩擦以及风阻等多个方面。为了有效控制这些噪音，需要综合采取多种措施。首先，对发动机和传动系统进行优化设计是降低机械运动引起的噪音的关键。通过精细调整和改进设计，可以减少机械部件的摩擦和震动，从而降低噪音水平。使用优质的隔音材料和隔音结构也是重要的措施之一。这些材料和结构可以有效隔绝外界噪音的传入，保持车辆内部的安静舒适。此外，针对高速行驶时产生的空气动力学噪音，可以通过车身设计和空气流线优化来降低噪音产生。优化车身造型、减少空气阻力和湍流，都可以有效减少车辆行驶时的噪音水平。对于车辆内部的设备和系统，如空调、音响等，也可以采取一系列噪音降低措施，如安装隔音衬垫、进行降噪处理等，以提升车内的静音效果。

3.2 振动控制技术

振动控制技术在混合动力车辆中扮演着关键角色，直接影响着车辆的驾乘舒适性和乘坐品质。为了有效控制振动，可以综合考虑以下技术手段。优化车辆的悬挂系统和减震器设计是非常重要的。通过对悬挂系统的精细调整和改进设计，可以有效减少由路面颠簸引起的车身振动。合理选择和配置减震器也能有效地降低车辆的振动水平，提升驾乘舒适性。采用平衡器和减震装置是控制车轮和传动系统振动的有效措施。这些装置可以在车辆运行时对振动进行补偿和平衡，降低车轮和传动系统的振动，进而提升车辆的稳定性和驾驶舒适性。应用主动振动控制技术也是一种有效的手段。主动悬挂系统和主动阻尼器可以实时监测车辆的振动情况，并通过调整悬挂硬度和阻尼力来抑制振动，使车辆保持平稳运行，驾乘舒适性得到显著提升。在车辆结构设计阶段考虑振动模态分析和有限元优化也是非常重要的。通过对车辆结构进行深入分析和优化，提高车身的刚度和抗振能力，降低共振现象的发生，从而减少振动对车辆的影响，提升整车的品质和性能。

3.3 刺激控制技术

刺激控制技术在混合动力车辆中是非常关键的，因为除了噪音和振动外，车辆行驶过程中的各种刺激也会对乘坐舒适性产生影响。为了有效控制这些刺激，可以采取一系列技术手段。优化座椅和悬挂系统设计是提高乘坐舒适性的关键。通过对座椅结构和悬挂系统进行精细调整和改进设计，可以减少乘坐中的颠簸感和震动传递到车内，提升乘坐舒适性。例如，采用更柔软的座椅填充物、调整悬挂系统的弹簧和减震器参数等都可以有效减轻乘坐中的刺激感。应用主动刺激控制技术也是非常有效的。主动座椅和主动悬挂系统可以根据车辆行驶状况实时调整座椅和悬挂系统，从而降低乘坐中的刺激感。例如，在遇到颠簸路段时，主动座椅可以自动调整支撑力度，减少对乘坐者的冲击感；而主动悬挂系统则可以根据路况自动调整悬挂硬度，提供更平稳的行驶体验。还可以针对车辆系统中可能引起刺激的因素进行优化设计和降噪处理。比如，在制动系统和转向系统等方面，可以采用更先进的技术和材料，减少操作时产生的震动和噪音，提高驾乘舒适性。

结束语：

通过对混合动力轿车热泵系统的NVH控制技术进行研究，文章总结了一系列有效的控制策略，为提升混合动力车辆的NVH性能提供了理论支持和技术指导。未来的工作可以进一步完善和优化这些技术，提高混合动力车辆的整体NVH水平。这将有助于增强车辆的驾驶舒适性，提升乘坐体验，促进混合动力车辆在市场上的竞争力和可持续发展。

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