风骏皮卡风机噪声的设计改进

2013-12-23祝社强

汽车电器 2013年6期

程华，祝社强

（保定长城博翔汽车零部件制造有限公司，河北保定 071000）

风骏皮卡是长城汽车股份有限公司推出的经典车型，连续14年全国销量第一，市场保有量70万，出口100个国家和地区，连续10年中国汽车出口额第一。风骏皮卡外形与国际接轨，威猛大气，做工精细，是引领皮卡发展的时尚先锋；舒适丰富的配置，更是全面提升了驾乘者的感受，是皮卡行业的绝对标杆。

1 问题描述

汽车空调系统可以为乘车人员提供舒适的乘车环境，降低驾驶员的疲劳强度，提高行车安全，而空调风机的噪声是影响舒适性的重要因素之一。

我们在进行风骏HVAC （Heating Ventilation and Air Conditioning，空调器总成）总成测试的时候，发现风机有比较尖锐的声音，单鼓风机总成的时候更加明显，这样乘客会感到明显的不舒服，这是我们必须要改进的。

2 原因分析

风机及匹配结构功能如图1所示。

我们首先对鼓风机单体进行测试，并没有听到明显的尖锐声音，因此确定是风机和蜗壳在匹配上产生了问题。接下来对风机的频谱进行了测试，结果见表1。

表1 风机频谱测试结果（设计改进前：叶轮直径150 mm）

通过以上试验数据可以看出，风机总成明显存在30～40倍频（倍频：风机基本频率的整数倍频率。基频=1／周期；周期为风机转一圈所需要的时间）的高频音，风机端电压在DC （直流电源） 6 V、 DC 8V时尤其明显，频域峰值超出其附近声压级在10dB左右，这样人耳听起来会感觉有比较尖锐的声音。

同时我们进行了风道流场的CFD （计算流体动力学，用以模拟仿真实际的流体流动情况）分析，结果如图2所示。

通过分析可以看出，在蜗壳的出风口处靠近蜗舌（图1）的地方存在一个较大的涡流区，而蜗舌区域恰恰是产生高频音的重灾区，因此可以初步确认，蜗舌和风机的叶轮的匹配是产生问题的原因。

3 设计改进思路

根据经验理论值，小型风机蜗舌与叶轮间的间隙t取值为： t／D=0.07～0.15 （前向叶轮），其中D为叶轮直径。经过测量，目前风骏风机蜗舌与叶轮间的间隙为9.713 mm，叶轮直径D=150 mm， t／D=0.065，处于合理取值的下限值以下，即风机叶轮和蜗壳蜗舌处间隙偏小。由于蜗壳模具比较难改，因此我们决定采用叶轮直径小一些（D=135 mm）的风机进行匹配，此时t=17.213， t／D=0.128，处于合理取值中间值附近，理论上较为理想，之后进行风道流场的CFD分析来验证我们的判断。结果如图3所示。

通过分析可以看出，在蜗壳的出风口处靠近蜗舌的涡流区明显变小，因而产生的高频音也会变小，这也初步验证了我们的设计改进思路。

4 效果验证

有了充分的依据，我们经过一段时间的准备，制作了叶轮直径为135 mm的风机手工样件，随后进行了实物验证，验证过程主要分为3个步骤。

第1步，首先对鼓风机总成、 HVAC总成状态下的噪声进行评审，大家一致认定基本上听不到比较尖锐的声音，有的只是呼呼的风声，在此基础上，开始下一步的验证。

第2步，我们对风机的频谱进行了测试，并对设计改进前后进行了对比，结果见表2、图4和图5。

通过以上试验数据，可以看到30～40倍频的高频音消失，且频域峰值改进在DC 8 V时有5.1 dB，在DC 6 V时有将近10 dB，改进幅度符合我们的预期，这样人耳基本上不会感觉到有比较尖锐的声音；另外总的噪声值在DC 10 V、 DC 8 V、 DC 6 V分别有1.8 dB、 2.9 dB、 4.1 dB改进，效果明显。以上结果表明，无论是从理论上还是从实践的效果上，我们对风机噪声的改进，方向上是正确的，效果上是明显的。

表2 风机频谱测试结果（设计改进后：叶轮直径135 mm）

第3步，考虑到叶轮直径小可能对风量产生影响，因此我们对改进前后的风量也进行了测试，测试结果见表3、表4和图6。测试条件：端电压13.5 V，在鼓风机总成中（外循环）。

表3 风压风量试验数据（设计改进前样件）

表4 风压风量试验数据（设计改进后样件）

由以上图表可以看出，改进后样件风量不仅没有降低，反而有所提升，在静压0 Pa时风量提升8.8 m3／h，在静压250 Pa时风量提升24.5 m3／h；从效率上看，在150 Pa以下，设计改进后效率不如设计改进前，但在150 Pa以上，设计改进后效率要高于设计改进前，这说明风机的抗压能力得到提升，而且实车应用的风阻基本上都在200 Pa以上，因此我们可以确认改进后样件风量和效率均得到了提升。