熊世寬

（一汽轎車股份有限公司產(chǎn)品部，吉林 長春 130012）

奔騰X80轎車空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)異響故障分析及改善

熊世寬

（一汽轎車股份有限公司產(chǎn)品部，吉林 長春 130012）

根據(jù)奔騰X80車型空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)異響故障現(xiàn)象，分析其故障排查過程，并提出通過調(diào)高PWM信號頻率的解決方案。

空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)；異響；PWM頻率；共振

1 故障現(xiàn)象

在開發(fā)驗證階段，奔騰X80批量出現(xiàn)空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)異響問題。具體現(xiàn)象為：打開空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)后，當(dāng)風(fēng)量在低擋位（1～4擋）運(yùn)行時，會持續(xù)發(fā)出“嗡嗡”的噪音，干擾駕駛員駕駛。調(diào)高鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量后，噪音逐漸減小但不消失；關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)，噪音消失。

2 故障排查

根據(jù)筆者經(jīng)驗分析，造成空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)異響的常見原因有：鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)進(jìn)入雜物、葉輪松動、軸承松脫或過緊（缺潤滑油）、電磁共振等。針對故障現(xiàn)象，對產(chǎn)生異響的空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行以下故障排查工作。

1）拆下故障車鼓風(fēng)機(jī)，檢查其內(nèi)部，未發(fā)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)有雜物存在，葉輪也無松動或干涉問題。進(jìn)一步檢查電機(jī)內(nèi)部，查看軸承與端蓋配合處，未發(fā)現(xiàn)存在固定不牢或磨損、缺油的現(xiàn)象。接著，在故障車輛上重新更換了3臺新鼓風(fēng)機(jī)測試噪音，發(fā)現(xiàn)故障依然存在。由于故障車鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)部機(jī)構(gòu)并無異常，且更換新的鼓風(fēng)機(jī)后異響聲音依然存在，因而排除鼓風(fēng)機(jī)的單件品質(zhì)問題。

2）直接對故障車鼓風(fēng)機(jī)的工作端施加2.4（1擋）～12V不等的直流電壓（不接空調(diào)控制器），發(fā)現(xiàn)異響消失。但接回實車環(huán)境（接空調(diào)控制器），異響再次產(chǎn)生。圖1為故障車風(fēng)量在1擋時，鼓風(fēng)機(jī)兩側(cè)的電壓波形?？梢钥闯?，當(dāng)故障車鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量在低擋運(yùn)行時，電壓波動劇烈，示波器上顯示空調(diào)控制器PWM控制信號頻率約為976Hz，占空比25%。

圖1 風(fēng)量1擋時空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)兩端電壓波動

逐漸將風(fēng)量擋位升高，發(fā)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)兩端電壓出現(xiàn)不同程度的波動，但波動幅度及整體噪音逐漸降低。由于X80鼓風(fēng)機(jī)采用PWM信號控制，此次捕獲到的PWM信號頻率較低（976Hz）。根據(jù)筆者經(jīng)驗，高頻的PWM信號不易使電機(jī)發(fā)生機(jī)械共振，但低頻信號（頻率低于1 kHz）易產(chǎn)生共振，使得電機(jī)振動乃至“鳴唱”（一種音頻域內(nèi)的低鳴聲）。因此懷疑此次電機(jī)異響產(chǎn)生的原因為空調(diào)控制器輸出PWM信號頻率設(shè)置過低，使得該頻率與鼓風(fēng)機(jī)固有頻率接近，產(chǎn)生共振。

3）修改空調(diào)控制器鼓風(fēng)機(jī)輸出端頻率，設(shè)置為3.906kHz，實車測試后發(fā)現(xiàn)異響消失。在此頻率下，1擋風(fēng)時鼓風(fēng)機(jī)控制端輸出波形如圖2所示。

保持該頻率不變，逐漸提高風(fēng)量擋位，發(fā)現(xiàn)此時無論處于低擋還是高擋，鼓風(fēng)機(jī)輸出電壓均未出現(xiàn)明顯波動，電機(jī)噪音消失。穩(wěn)定運(yùn)行較長時間，噪音也不再復(fù)現(xiàn)。由此，確定該故障的原因為PWM信號頻率設(shè)置過低導(dǎo)致。

圖2 修改PWM信號頻率后鼓風(fēng)機(jī)兩端電壓

3 原因分析

圖3為奔騰X80空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)控制電路原理。該車型空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速采用調(diào)速模塊，空調(diào)控制器發(fā)出PWM信號（BLOWER_CONTROL鼓風(fēng)機(jī)控制），控制調(diào)速模塊的功率輸出變化，從而調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)兩端的電壓。

圖3 X80空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)控制電路原理圖

PWM控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的原理為：PWM信號通過控制MCU輸出的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的占空比來改變平均電壓的大小，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。這里鼓風(fēng)機(jī)控制端頻率是跟隨MCU的頻率，通過不斷切換MOS管開關(guān)頻率來改變鼓風(fēng)機(jī)兩端的電壓，從而實現(xiàn)調(diào)速控制。

顯然，空調(diào)控制器端設(shè)計PWM調(diào)速信號頻率時，必須避開鼓風(fēng)機(jī)機(jī)座、端蓋等的固有頻率。這部分頻率的大概范圍為400～2 000 Hz（各鼓風(fēng)機(jī)廠家有所不同）。由于此次X80故障車鼓風(fēng)機(jī)的PWM控制信號頻率明顯過低，與鼓風(fēng)機(jī)固有頻率存在重疊，因而產(chǎn)生共振。當(dāng)電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，這種電機(jī)共振產(chǎn)生的“鳴唱”音會更加明顯。

4 解決方法

根據(jù)以上分析，如何恰當(dāng)、合理地設(shè)置PWM信號頻率是解決鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)異響問題的關(guān)鍵。

空調(diào)控制器端PWM信號頻率設(shè)置原則為：設(shè)置頻率必須大于鼓風(fēng)機(jī)電樞、端蓋等固有頻率。這些參數(shù)是由鼓風(fēng)機(jī)廠家提供的，由于未能及時獲得該參數(shù)，故根據(jù)經(jīng)驗，將頻率設(shè)置為2倍于根據(jù)經(jīng)驗值分析的鼓風(fēng)機(jī)固有頻率，即3906Hz。

值得注意的是，PWM固定頻率設(shè)置也不是越高越好。頻率越高，對外界產(chǎn)生的電磁干擾（EMC）就越大，對調(diào)速模塊的開關(guān)頻度要求越高。如果設(shè)置太高，會影響到調(diào)速模塊的壽命。一般建議大于2～4倍電機(jī)工作的固有頻率即可。

如果能夠獲得電機(jī)的詳細(xì)參數(shù)，也可以通過公式（1）計算設(shè)置PWM頻率

式中：f——PWM設(shè)置頻率；L——電樞電感；R——電樞電阻。

R可以由萬用表測得，但電感L如果沒有專門的電感測量儀器，就無法得知它的具體數(shù)值。這個數(shù)值應(yīng)該由鼓風(fēng)機(jī)廠家提供。

通過以上措施，提高鼓風(fēng)機(jī)PWM控制信號頻率后，通過設(shè)計方案的優(yōu)化，徹底解決了奔騰X80空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)異響故障。

（編輯 心翔）

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

XIONG Shi-kuan

（Products Development Department，F(xiàn)AW 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

熊世寬（1984-），男，工程師，先后從事空調(diào)系統(tǒng)、項目管理、電氣架構(gòu)設(shè)計等工作。