乘用车空调系统噪声试验分析与整改

2019-11-29石月奎吴迪严旺吴昱东

汽车实用技术 2019年22期

石月奎，吴迪，严旺，吴昱东

（1.中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司，天津 300000；2.西南交通大学机械工程学院，四川成都 610031）

1 引言

乘汽车的空调系统满足了消费者对于车内温度控制的需求，但同时空调系统的运行也带来了振动和噪声问题，对整车车内NVH 性能有着重要的影响[1~3]。因此，解决空调系统运行工况的振动和噪声问题，成为了提升整车NVH 品质的一个重要环节。现有某款国产乘用车，怠速工况下其空调系统开启运行的瞬间，压缩机吸合时车内出现较明显地异响，在空调系统稳定工作后，车内出现明显的“呜呜声”，严重影响了乘驾感受。为了提升空调开工况下的车内NVH 性能，需对该车空调系统噪声问题进行测试研究与治理。

2 空调系统噪声产生机理

汽车空调系统噪声包括汽车空调开启时产生的车内冲击噪声，即吸合噪声，和空调稳定运行后产生的车内持续性噪声，即运行噪声[4]。

2.1 压缩机吸合噪声的产生机理

压缩机吸合时，皮带轮里镶嵌的电磁线圈通电产生磁场，将压盘吸附在皮带轮上，带动输入轴旋转，压缩机开始工作。图1 为压缩机离合器示意图，压缩机吸合时，由于压盘被迅速吸附，瞬时机械冲击导致压缩机振动剧烈，同时产生噪声，因此在压缩机刚吸合的瞬间，车内会有噪声突变。

图1 汽车空调压缩机离合器示意图

2.2 空调系统工作噪声产生机理

空调系统工作时，斜盘式压缩机被发动机带轮带动，若干个活塞在其轴向进行往复运动，压缩冷媒、改变冷媒物态。在此过程中，活塞的往复对缸体的往复冲击作用，产生机械噪声，透过前围向车内辐射，同时也会引起压缩机的振动，通过空调管路传递到蒸发器和车身，在车内产生噪声。当空调工作时，若管路系统隔振不足，可能导致车内噪声过大。

压缩机的振动，不仅仅只由其内部活塞往复运动引起；由于压缩机通过支架固定在发动机机体上，发动机的振动也会通过支架传递到压缩机本体上，若压缩机支架模态频率与发动机的激励频率接近，也同样会导致压缩机产生共振，加剧振动[5]。

此外，车辆在使用过程中，内部热负荷状况变化大，加之低压管管径较大，制冷剂回流到压缩机入口时，冷媒流量变化较明显，导致压力波动较大形成气流脉动，引起压缩机本体和低压管的振动[6]。

3 空调系统噪声测试分析与研究

根据空调系统噪声产生机理分析，对空调系统几个关键点进行振动加速度采集，一是激励端的测点，包括压缩机本体，压缩机支架、高压管路、低压管路、膨胀阀出口五个振动采集点，二是响应端的测点，包括驾驶员右耳和压缩机近场两声压采集点。为采集到压缩机吸合时的噪声，测试工况设定为空调由关到开的过渡工况，测试结果如图2 至图7 所示。

图2 空调打开过程压缩机本体振动

图3 空调打开过程压缩机支架振动

图4 空调打开过程低压管振动

图5 空调打开过程高压管振动

图6 空调打开过程膨胀阀出口处振动

从图7 可看出，空调压缩机吸合瞬间，压缩机近场噪声级在压缩机吸合瞬间出现峰值，驾驶员右耳处同时出现峰值，且开空调后驾驶员右耳噪声声压级增加了7dB。由图2、3、4、5、6 可知，空调系统各点的振动在吸合后大幅增加，稳定运行后仍然较高，来源于压缩机的振动，在高低压管上放大，经管夹后，在膨胀阀处有所降低，但仍达到1.2m/s2，由于膨胀阀紧挨车内空调单元，这表明膨胀阀振动较大可能是引起车内噪声增加的直接原因。

根据上述机理分析和数据采集摸底可知，造成该样车空调运行异响的原因可能有：

（1）压缩机离合器减缓冲击不足，导致吸合时压缩机振动剧烈。

样车搭载的空调压缩机采用的弹簧式电磁离合器，由于其弹簧刚度大，阻尼小，无法有效缓解压缩机吸合瞬间的机械冲击，导致振动经空调管路传递到空调单元，在车内形成“吸合噪声”。

（2）压缩机支架刚度不够，导致支架与发动机共振，引发压缩机剧烈振动。

经对压缩机支架进行模态测试，得到其固有频率为387Hz，样车怠速时，发动机主要阶次频率远低于该固有频率，故可以排除压缩机支架刚度问题。

（3）空调管路固定不当，管夹无隔振处理措施。

如图8 所示，空调管路固定位置合适，连接刚度较高，管夹有良好的隔振处理，高低压管较软，管路对振动的衰减作用较强，改进空间较小。

（4）低压管路中冷媒的不规则流量和压力变化产生气流脉动，引起压缩机和管路振动。

1.4观察指标观察指标为患者在治疗前后的 HA、PCIII、IV-C、ALT、AST、TBiL、GGT的值,以及两组患者的总有效率。

对样车进行排查后发现管路振动过大，且低压管路上无任何消声措施，如图8 所示，这可能导致了空调稳定工作时噪声过大。

图8 空调系统管路状态

4 空调系统噪声控制方案及验证

4.1 控制方案

根据对空调压缩机吸合噪声及运行噪声产生根源分析，现提出下列改进措施：

（1）针对压缩机离合器减缓冲击不足的问题，将弹簧式电磁离合器更换为全周橡胶式离合器，用刚度较小阻尼大的橡胶材料代替原有的弹簧片，减缓吸合时的冲击与振动，如图9 所示。

（2）针对压缩机低压管内冷媒气流脉动的问题，在低压管路上添加消音器，消除气流脉动，以降低管路和压缩机的振动，如图10 所示。

图9 两种空调压缩机离合器

图10 低压管路消声器

4.2 效果验证

为验证改进措施的匹配效果及作用，将两种措施分别在空调系统中进行验证。

4.2.1 管路消声器效果验证

在空调低压管上添加消声器，测试空调由关到开的过程，测试结果跟原状态对比如图11~16 所示。

图11 空调打开过程压缩机本体振动

图12 空调打开过程压缩机支架振动

由测试对比结果可看出，添加管路消声器之后，空调压缩机吸合瞬间，压缩机近场噪声总级仍有较尖锐的突变，压缩机稳定工作后空调系统各处的振动大幅下降，车内噪声和压缩机近场噪声较未加管路消声器前，压缩机近场噪声降低1.5dB，驾驶员右耳噪声降低2.5dB，具有良好的优化效果。车内主观感受压缩机稳定运行后，车内噪声明显改善，但仍有明显的吸合噪声。