暖通箱异响噪声的诊断与研究

黄丽那，李未，蓝志坤，孙冰寒，李俊

（1.长春大学，吉林 长春 130022；2.中车长春轨道客车股份有限公司，吉林 长春 130000）

前言

汽车暖通空调系统为乘客提供了舒适和安全的乘坐环境，暖通箱则该系统起着重要作用，它是保证车内温度、湿度适宜以及和整车的良好通风性能的主要部件，伴随着暖通空调系统的使用，它的工作噪声也会随之产生[1]，如果噪声水平超过一定范围，会严重影响人们的乘坐舒适性。汽车暖通箱噪声包括气动噪声、机械噪声、共振噪声等，根据噪声源的分配原则[2]：在稳定的气流质量流量前提下，进口压力较低时，气动噪声是噪声源的主要来源，而进口压力较高时，鼓风机噪声成为了主要噪声源，因此，鼓风机噪声可直接影响车内声品质。本文对国内某款车型在试制作过程中出现怠速时暖通空调系统异响问题进行了诊断，并采取主观排查法、整车试验法和单体试验法明确噪声源。

1 主观排查法

问题车辆在怠速工况时开启暖通空调系统，低档位时刻车内存在明显噪声问题，且伴随啸叫声，调整车辆状态即保证车辆水温表正常，风扇未启动，关闭车窗、车门，空调模式内循环，采取主观评价方法初步判断噪声源如下：

1）试验车辆怠速，暖通空调系统未开启，无异响；

2）试验车辆熄火，开启暖通空调系统，存在异响，噪声源存在于暖通空调系统；

3）试验车辆熄火，关闭鼓风机，开启空调系统，无异响，判断噪声源为鼓风机。

2 整车试验法

2.1 试验工况

经过主观排查法明确车内暖通箱噪声由鼓风机运转产生，通过问题工况和整车客观目标制定进一步查找鼓风机内部噪声来源：1）常速工况用以对比总声压级；2）加速工况端电压施以0～15V（足够范围覆盖问题工况）外接电源均匀加速，用以判断查找阶次噪声。

2.2 传感器布置

将传声器放置在驾驶座椅头枕位置，模拟驾驶员内耳接车内噪声，见图1传声器布置。采用非接触式的激光测速仪测量鼓风机转速便于测量加速工况。整车怠速状态，应用万用表测量各个模式下鼓风机端电压与电流，并记录，暖通系统通过直流稳压电源供电，调节电源的输出电压和输出电流，使得鼓风机端电压、电流与整车保持一致，应用软件采集传感器布置点的数据。

图1 传声器布置

2.3 试验结果

2.3.1 常速工况

由于目标档位信息与试验车辆档位信息有偏差，采用曲线拟合数学多项式方法将问题模式下的鼓风机各个档位与目标进行对比，如图2给出功率与噪声关系曲线，每个数据点横坐标代表后暖通各个档位的功耗值，鼓风机低档的噪声水平高于竞品车2dB(A)以上，在相同的功耗下其余二个档位噪声均小于目标水平，说明异响问题在于鼓风机低档状态噪声偏大，图3低档状态FFT图示可以看出，总声压级高于目标值由于鼓风机电机的第24和36阶次噪声在500 Hz和750Hz高于目标10dB(A)所致。

图2 功率与噪声关系曲线

图3 低档位FFT频谱图

2.3.2 加速工况

加速工况(FFT.vs rpm )如图4所示，出现第1阶次、24阶次和36阶次问题，产生第24、36阶阶次噪声由于电机导致，由于电机采用12棘爪产生的阶次，而在第24阶次在鼓风机1600rpm转速遇到共振带，问题尤为突出。图5加速工况(Order.vs rpm )中可见总声压与噪声阶次分解图可以看到第24阶次噪声声压水平在1600rpm附近对总声压级有贡献，尤其 24阶和 36阶阶次噪声峰值未超出相邻包络线 10dB(A)[3]，因此主观感觉此阶次噪声明显，有啸叫声存在。

图4 加速工况(FFT.vs rpm )

图5 加速工况(Order.vs rpm )

3 单体试验法

3.1 试验工况

针对整车试验得到的结论，问题出现在鼓风机低档位状态下电机产生的阶次噪声导致，通过鼓风机单体试验选择该问题档位下稳速工况，建立风量与噪声的关系，判断噪声问题是否由于风量大于目标值导致。

3.2 传感器布置

图6 传感器布置

将传声器放置在鼓风机侧距离鼓风机平面、地面平面1m位置见图6传声器布置。鼓风机端电压、电流与整车试验保持一致。

3.3 试验结果

图7 风量与噪声关系曲线

整车试验中采用鼓风机功率近似原则对比问题工况鼓风机与目标差别，单体试验中为排除问题工况受风量影响因素，由于风量越大，产生噪声水平越高[4]。单体试验在问题工况下得到的风量差别见图7风量与噪声关系曲线所示，横坐标代表鼓风机风量，纵坐标代表噪声总声压值，相同端电压稳态工况下，问题工况下试验样车的风量低于目标0.2m3/min，但是噪声水平却高于目标值，而在相同风量下，问题工况下的试验样车噪声高于目标值，说明该问题工况下，试验车辆鼓风机异响由电机阶次噪声导致。

4 结束语

本文通过整车主观排查法、整车试验法和单体试验法三种方法的相互结合发现暖通箱异响噪声源于 24阶阶次鼓风机电机噪声，并且在鼓风机1600rpm时共振，从而明确噪声来源。采用三种方法的结合，不仅仅用于查找车内暖通箱异响噪声，更利于汽车暖通箱在开发过程早期能发现噪声问题，尽早的解决问题，尤其在设计前期，单体试验即可初步明确暖通箱噪声与风量的关系，对设计指导起到一定辅助作用，再在此基础上，判断暖通箱噪声在整车中目标水平，为汽车试验开发过程提供方法支撑。

参考文献

[1] 顾灿松.汽车空调异响引起的汽车车内噪声与解决[J].汽车技术,2008(11)

[2] Wu,Jian-Da;Liao,Shu-Yi,Fault diagnosis of an automotive airconditi-oner blower using noise emission signal.Expert Systems with Appli-cationsMar2010, Vol. 37 Issue 2, p1438-1445

[3] 马大猷.声学手册[M].北京科学出版社2004.7

[4] 刘桥梁,冯成阁等.空调风机噪声的产生机理及控制途径[J].风机技术,2014（04）.