汽车空调系统降噪技术的研究

李乐铭，方财义

(奇瑞汽车股份有限公司，安徽 芜湖 230009)

0 引言

主机厂将新车质量研究简称为IQS，IQS以拥车期2～6个月的新车车主，平均每百辆车出现的质量问题数(PP100)为衡量指标，主要考查“故障/无法操作”和“设计缺陷”方面228个质量问题，问题症状前十排名如表1所示。

表1 新车质量问题TOP10排名

从表中可以看出，空调系统噪声［1］问题已引起客户广泛关注，文中对引起空调系统噪声的因素进行归纳总结，并在设计过程中模拟空调系统实际运行状况，对系统风道、流道进行计算机流体动力学分析(简称CFD分析)，按整改措施逐一排查，最终将空调系统噪声控制在设计目标值范围内，以减少客户抱怨。

1 空调系统噪声分类

按照声源不同，噪声可以分为机械噪声、空气动力性噪声和电磁性噪声。机械噪声主要是由于固体振动而产生的，在机械运转中，由于机械撞击、摩擦、交变的机械应力以及运转中因动力不平均等原因，使机械的金属板、齿轮、轴承等发生振动，从而辐射机械噪声，如机床、织布机、球磨机等产生的噪声;当气体与气体、气体与其他物体(固体或液体)之间做高速相对运动时，由于粘滞作用引起了气体扰动，就产生空气动力性噪声，如各类风机进排气噪声、喷气式飞机的轰声、内燃机排气、储气罐排气所产生的噪声，爆炸引起周围空气急速膨胀亦是一种空气动力性噪声;电磁性噪声是由于磁场脉动、磁致伸缩引起电磁部件振动而发生的噪声，如变压器产生的噪声。

空调系统主要由压缩机总成、冷凝器总成、HVAC总成、膨胀阀、管路、过渡风道、线束几个部分组成。按照声源的不同，系统噪声可分为气体噪声、固体噪声以及液体噪声，文中从整车结构上将空调系统噪声［2－4］分为前舱噪声和室内噪声两部分，如图1所示。

2 空调系统降噪分析

2.1 空调系统前舱噪声

空调系统前舱噪声主要由压缩机噪声，冷却模块、管路振动噪声，以及冷媒流动噪声几个部分组成，表2对空调系统前舱可能产生噪声的原因进行了归纳，并给出了排查过程中检查的主要对象。

表2 系统前舱噪声问题排查归纳

2.2 空调系统室内噪声

空调系统室内主要由HVAC总成和各对接风道组成，如果在各零部件设计过程中，由于对数据验证不充分，各截面积之间的大小变化不合理，会导致鼓风机压力异常，造成HVAC总成箱体内压力异常，产生异响，如常见的闷响及轰鸣声，在风量最大挡表现最为明显。文中从子系统级别对室内噪声进行归类，详见表3所示。

表3 空调系统室内噪声问题排查归纳

3 案例分析

3.1 设计整改

为了降低空调系统噪声，除了在低压管上增加胶管和消声器外，在高低压管、冷凝器固定点处增加橡胶减振垫外，重点关注CFD分析技术，对涉及到的零部件和系统进行CFD先期模拟验证分析，来优化设计，减少后期出现反复整改，从而缩短开发周期和开发费用。

文中以HVAC总成壳体设计优化过程为例，解释CFD分析技术带来的方便性和经济性，从图2中CFD分析流线图(a)可以看出:蒸发器气流不均匀，有些区域风速大，有些区域风速小，甚至有些区域没有风流过，出现死区。这会导致蒸发器部分区域得不到有效利用，蒸发器换热效果差、易结霜，同时容易造成局部风速过大、风量分配不均匀而引起压迫噪声，与设计目标不符。为了使蒸发器迎风面压力梯度小，且气流最大限度流过蒸发器迎风面，对壳体进行修改，把蒸发器一侧壳体型线修改成阶梯状，这样会使气流顺着阶梯逐步流向蒸发器迎风面。气流均布在蒸发器流场上，提高蒸发器换热效率的同时，减少风道局部压力过高，从而降低风道噪声。

3.2 方案验证

为对比上述整改前后两种方案，进行了装车对比验证，发动机型号是我司CAC－SQR372，压缩机为066 cc/r定排量涡旋压缩机，其他周边件均为工装件。测试过程中，将发动机转速控制在2000 r/min，开启空调，风量设置在四挡最大挡位置，模式旋钮打到吹面模式，音量传感器布置在室内主驾假人人耳位置，测得两台试验车噪声结果见表4所示。

表4 壳体整改前后噪声测试结果

从表4中可以看出，对空调系统采用上述调整措施后，测得发动机转速在2000 r/min状态下，整车室内噪声由64.2 dB减小到63.0 dB，降噪有明显改善。

4 总结

引起汽车车内噪声的因素很多，如发动机噪声、进排气噪声、传动系统噪声、空调系统噪声以及高速行驶时的风噪等。而汽车空调系统由于工作时产生明显的车内噪声，相对容易被乘员辨识，从而产生抱怨。文中从整车、系统的角度总结归纳了可能降低空调系统噪声的途径，结合CFD分析的方法，对系统中零部件结构进行优化，改善系统中风阻、流阻，减小噪声。但随着客户对整车舒适性要求的提高，以及周边件对空调噪声要求的提升，如车载导航仪语言控制技术对降低噪声的要求，使得空调系统降噪技术面临新的挑战，降噪研究工作还需进一步深入。

【1】李炳奎，张根云，张志文，等．车用HVAC总成［M］．奇瑞汽车股份有限公司，2008．

【2】顾灿松，邓国勇，何森东．汽车空调系统异响引起的车内噪声研究与解决［J］．汽车技术，2008(11):21－22．

【3】张立军，靳晓雄，黄锁成．汽车空调压缩机引起的车内噪声试验研究［J］．汽车工程，2002(5):30－34．

【4】朱爱武．空调压缩机对车内噪声的影响［J］．噪声与振动控制，2010(4):47－49．

【5】谷波，景步云，黎远光．板式蒸发器与热力膨胀阀的匹配分析［J］．制冷学报，2003(1):50 －53．