汽车空调系统异响引起的车内噪声研究与解决

汽车空调系统异响引起的车内噪声研究与解决 121顾灿松～邓国勇～何森东 ,1中国汽车技术研究中心～天津～300162, 2上汽通用五菱汽车股份有限公司～广西柳州～545007, [摘要] 文章针对某微型面包车开空调，当发动机转速在1500,2000rpm时，车内存在非常强烈的异 响声进行了试验研究。通过近场测量法、分别运转法，以及阶次等方法，确定开空调时车内异响主要 是由于空调系统高压管与车身刚性连接，导致振动传递引起的。通过重新高压管、更换与车身连接方 式，使异响问题得到解决。用此种方法解决汽车空调系统异响噪声，具有重要的参考价值。 关键词: 汽车，空调，高压管，噪声 The Analysis and Solution on the Car Interior Noise caused by Air conditioning 121Gu cansong ,Deng guoyong，He sendong (1 China Automotive Technology and Research Center,Tianjin,300162) 2.SAIC-GM-Wuling Automobile Co,.Ltd., Liuzhou,545007) [Abstract] This paper made a research according to the car has very hardly noise when it open air conditioning, the engine speed in 1500rpm to 2000rpm. Through near-field measurements and partly-operation to make abnormal noise problem is caused by high-pressure pipe rigid connection with body. Through re-design of hi-pressure pipe and make soft connection, so that abnormal noise problem to be resolved. The paper have important reference value because of new method used in the noise solution for air conditioning. Key words: Automotive, Air conditioning, Hi-pressure pipe, Noise 1 引言 汽车车内噪声是汽车在行驶时乘坐室内存在的各种噪声，它极易使乘员感觉到疲劳，对汽车的 乘坐舒适性有重要影响。引起车内噪声的因素很多，主要有发动机噪声、进排气噪声、传动系噪声 以及高速行驶时的风噪声等等;汽车空调系统在工作时也会产生非常明显的车内噪声，而且其产生 的噪声相对容易被乘员辨识。空调系统压缩机、蒸发器、鼓风机及管路系统有轻微噪声是正常的， 但是如果噪声过大或存在异响，就说明空调系统有故障，需要及时治理。本文针对国内某款微型面 包车在开发过程中出现空调系统异响问题，采用分别运转法、近场测量等方法将存在的异响问题彻 底解决。 2 空调系统噪声分析 目前的车载空调系统，绝大部分都是基于压缩机制冷的原理进行工作的。由于空调系统在工作 时，内部同时存在气体和液体，使得空调系统工作时气体噪声、固体噪声以及液体噪声同时存在。通常，用于制冷的小型高速压缩机是空调系统噪声的最主要噪声源之一，文献[1]采用频谱分析、有限元模态分析法对摆盘式压缩机振动噪声问题进行了研究;文献[2]则将压缩机的振动加速度与车内噪声结合起来，采用频谱分析法进行了探索;文献[3]采用计算流体力学分析法对空调系统风道进行了设计分析，得出减小风道压力损失可以降低车内噪声的结论。通常情况下，如果当汽车空调系统开启时存在比较大的振动声，主要来源于压缩机和压缩机支架，如果支架松动或压缩机漏油，通常可以通过加固压缩机支架、更换压缩机密封件、增加润滑油使噪声问题得以解决。汽车空调制冷系统基本工作原理见图1。 图1 汽车空调制冷系统基本原理 1-压缩机;2-冷凝器;3-干燥器;4-膨胀阀; 5-鼓风机;6-空 气;7-蒸发器 2.1 车辆及空调系统状态描述 根据某汽车生产厂家对其新产品进行试乘试驾时，得到顾客反馈该系列车型在开空调时，当车辆加速，发动机转速在1500,2000rpm时，车内存在非常明显的异响声，让人感觉很不舒服，严重影响了驾乘舒适性。该车可能涉及到空调系统噪声的主要配置如下: 1 车辆主要配置及参数 类 别 型 式 类 别 型 式 发动机 四缸四冲程汽油机 蒸发器 前蒸+顶蒸 空调压缩机 10缸斜板型往复活塞式 鼓风机 分别工作 发动机与压缩机传动比 1:1.16 冷凝器风扇 6叶片 2.2 噪音源识别 采用以下方法，初步判断鼓风机没有问题(本文全部试验过程使车辆保持定置状态，测试Idle Sweep工况)。 (1) 关闭空调系统，踩下油门踏板，无异响; (2) 打开鼓风机，让空调系统处于停止状态，踩下油门踏板，无异响; (3) 空调系统开启，有异响。 在开关空调系统两种状态下，按照GB/T 18697-2002《声学 汽车车内噪声测量方法》布置驾驶 [4]员测量点，分别测量驾驶员右耳处的噪声阶次colormap图。对比可以发现，开空调状态明显增加了10.8阶的噪声，异响的转速范围在1500,2000rpm，与试乘试驾异响抱怨转速区间相吻合，见图2。 300010.8060 2800 2600 2400 2200 2000 1800转速(r/min) 声压级(dB(A)) 1600 1400 1200 10000 201002003004005006007008009001000 频率(Hz) 图2 驾驶员右耳噪声colormap图(开空调) [5]下一步采取近场测量法，分别测量空调系统主要部件的10.8阶噪声阶次跟踪图。测点布置如下: 表2 近场测量各测点位置 序 号 位 置 序 号 位 置 1 驾驶员耳边 5 冷凝器前端 2 压缩机顶端 6 高压管与车身连接点 3 前风机顶部 7 驾驶员右脚边 4 副驾右脚边 8 鼓风机下方 从图3可以看出，通过近场测量空调系统各部件的10.8阶噪声，对比发现当发动机转速在1500,2000rpm范围内，噪声声压级比较高的点集中在高压管与车身连接点附近，初步断定异响是由于高压管与车身连接振动引起的。检查发现该车型空调系统管路与车身在三个位置刚性连接，其中:与压缩机出口软管连接的高压铝管与车身通过两个螺栓实现刚性连接。 1001#测点 5#测点 95 2#测点 6#测点 903#测点 7#测点 854#测点 8#测点 80 75 70 65 60 声压级(dB(A)) 55 50 45 40 1500200035 10001200140016001800200022002400260028003000 发动机转速(r/min) 图3 各测点10.8阶噪声阶次声压级 通过测量高压铝管与车身连接点的振动，对振动加速度进行阶次分析，图4可以发现，在开关 空调两种状态下振动阶次图，与车内噪声类似，当发动机转速在1500,2000rpm时10.8阶振动增加 非常明显。 300010.80-110 2800 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1400发动机转速(r/min) 1200 1000-200 0501002003004005006007008009001000 频率(Hz) 图4 高压管与车身连接处振动加速度colormap图(开空调) 此时，拧开高压铝管与车身的三处螺栓连接，空调异响问题得到解决。 3 解决 振动加速度(dB) 通过上述的噪声源识别与分析，可以采取以下措施使问题得以解决: (1)将高压铝管与前面板改成弹性连接; (2)将与压缩机出口软管连接的高压铝管改成橡胶软管，并取消硬连接。 采取以上两项措施前后，开空调时驾驶员耳边噪声声压级曲线如下图5。可以看出，不仅在1500,2000rpm的10.8阶噪声明显降低，而且车内噪声整体声压级也降低了将近3dB(A)，降噪效果非常明显。 90整体噪声级(原状态) 85 10.8阶噪声级(原状态) 80整体噪声级(调整后) 7510.8阶噪声级(调整后) 70 65 60 55 50声压级(dB(A)) 45 40 35 30 10001200140016001800200022002400260028003000 发动机转速(r/min) 图5 驾驶员耳旁噪声对比 4 总结 通过上述的试验研究，对汽车空调系统降噪得到如下结论: (1)采用分别运转法、近场测量等方法通常能够快速的定位汽车主要噪音源。 (2)在进行汽车空调系统降噪时，通常大家的注意力主要集中在压缩机、鼓风机(风道)、冷 [6]凝器风扇等部件上，往往忽视高压管路系统对车身振动的传递作用;因此，这种汽车空调系统降噪方法值得大家关注。 参考文献 1 黄锁成，靳晓雄，张立军. 汽车空调用压缩机的振动和噪声分析[J]. 汽车技术，2003，第5期 2 张立军，靳晓雄，黄锁成等. 汽车空调压缩机引起的车内噪声试验研究[J]. 汽车工程，2002，Vol(24) No.5 3 程勉宏，刘刚. 汽车空调风道设计对车内噪声的影响[J]. 沈阳航空工业学院学报，2005，第4期 4 林泽安;，班琦，单磊等. 声强测量法在汽车空调噪声测量中的应用[J]. 制冷与空调，2006，第3期 5 徐兀. 汽车噪声和振动控制[M]. 北京:人民交通出版社，1987. 6 Kenji Tojo,Kunihiko Takao,Masaru lto, lsao Hayasc and Yukio Takahashi. Dyanmic Behavior of Variable Displacement Compressor of Automotive Air Conditioner. SAE paper 900084