怠速工况下车内空调噪声测试与分析

李旭伟　 庞方超　杨东绩　黄骥

摘 要：为了解决传统燃油车的车内空调噪声问题，通过一种车辆在怠速状态下的试验方法，以空调制冷模式、循环模式和风速挡位为变量，采集分析了车内常用座位的乘员耳边噪声，后续考虑乘员变化对车内噪声的影响，进行了空调常用工况下的数据测试，通过对比分析找出了车内空调噪声的分布规律，以及声压和声品质参数的影响因素。结果表明：针对燃油车怠速工况下的空调噪声测试方法干扰因素较少;采集的数据更有针对性;对于车辆空调噪声与车内声学环境的研究具有实际意义。

关键词：燃油车 空调噪声 频谱分析 声品质

Research on The Influence of Air Conditioning System on Interior Noise in Idling Condition

Li Xuwei，Pang Fangchao，Yang Dongji，Huang Ji

Abstract：To solve the air-conditioning noise problem of traditional fuel vehicles， a test method is adopted when the vehicle is idling. The air-conditioning refrigeration mode， circulation mode and wind speed gear are used as variables to collect and analyze the occupant's ear noise of common seats in the car. After considering the impact of occupant changes on the noise in the car， data tests under common operating conditions of air-conditioning were carried out. Through comparative analysis， the distribution law of air-conditioning noise in the car and the influencing factors of sound pressure and sound quality parameters were found. The results show that： there are fewer interference factors for the air-conditioning noise test method under the idling conditions of fuel vehicles; the collected data is more targeted; it has practical significance for the research of vehicle air-conditioning noise and the acoustic environment of the vehicle.

Key words：fuel vehicle， air conditioning noise， spectrum analysis， sound quality

空调系统是现代汽车不可或缺的部件系统之一，与车内乘员的舒适性密切相关。其性能的优劣，直接关系到车内空气质量、车内环境温湿度、除霜除雾安全性和振动噪声等多方面，这些都与乘员的主观感受密切相关，直接影响人们对汽车品质的评价与认可。

随着消费者对汽车舒适性要求的不断提高，改善车内环境，降低空调噪声成为整车厂在车辆开发过程中不可回避的问题之一。近年来国内针对空调系统的声学设计、测试和改善进行了大量的研究工作。吉林大学束磊[1]针对某型号的空调鼓风机进行了振动与噪声试验，建立了仿真分析模型对声场进行了计算与验证，发现噪声源的位置和规律，提出了相应的结构改进方法，并通过试验验证了改进后的效果。教育部工程研究中心沈思思[2]针对汽车空调系统在消音室中搭建测试台架，通过屏蔽法、声压法等进行噪声源识别和传递路径分析，找出了噪声幅值较大各个阶次的传递路径。同济大学张立军[3]针对汽车空调压缩机噪声通过台架试验和整车试验两种方式采集振动噪声信号进行频域分析，得到了压缩机的振动特性以及对整车的影响。长城技术中心赵伟丰[4]对车辆在怠速状态下悬置和风扇进行试验分析，发现空调压缩机对车内噪声影响很大，甚至会传递到转向系统产生振动，通过对相关系统的优化使得驾驶员耳边噪声和方向盘振动都有明显改善。江苏联合职业技术学院王军[5]等人针对汽车空调系统突出的噪声问题进行了模态、隔振和流场的仿真优化，减少了空调振动向车身的传递，降低了进气口的紊流噪声。大连交通大学刘宗财[6]针对不同試验车进行了车内噪声的分析研究，找出了车速、车内位置和不同车辆结构对噪声的影响规律，还提出了相应的降噪措施。

目前针对车内噪声的研究不再注重单一的声压值，更加注重驾乘人员的心理感受，因此声品质的研究也越来越受到重视。武汉科技大学杨航[7]针对某款SUV车型进行了怠速状态下空调不同模式下噪声信号的采集，并且从人的心理学角度分析了响度、尖锐度等声品质参数，对比分析几种客观评价模型的预测能力，找出了建立声品质评价模型的方法。重庆大学陈江艳[8]针对电动汽车空调压缩机不同转速工况下产生的噪音，在消音室内搭建台架测试并分析了响度、尖锐度、粗糙度等声品质参数，得到了压缩机转速和不同场点对声品质的影响。武汉科技大学胡潥[9]对怠速状态汽车空调不同工况下的声品质进行了主客观研究，建立了预测模型并提出了一套汽车空调声品质的评价方案。

本文以某款传统燃油车为研究对象，针对怠速状态下车辆空调在不同工况时的乘员耳边噪声声压和声品质制定了噪声试验方案，分析不同工况下不同测点的噪声分布规律，最后测试并分析了车内乘员对于空调噪声的影响，找出了乘员对车内噪声的影响规律。

1 测试工况的选取

本文以燃油车空调噪声为研究对象，空调开启过程中需要首先启动发动机，因此正式测试之前，即进行了背景噪声的测试，也对怠速状态各测点声压进行了测试，噪声测试共布置了8个测点，分别位于主驾、副驾、后排左和后排右的左右耳边位置，如图1所示，测点的定位尺寸参照GB/T 18697-2002《声学 汽车车内噪声测量方法》中有关传声器位置的定义[10]，怠速和背景噪声数据如表1所示，其中怠速工况副驾右耳噪声值明显高于其他测点，主要原因是发动机布置偏右侧，且右侧存在空调管路孔洞隔声效果较差。

LDL、LDR代表主驾左右耳，RDL、RDR代表副驾左右耳，LPL、LPR代表后排左乘员左右耳，RPL、RPR代表后排右乘员左右耳。

汽车空调不同的工作模式主要区别在于风扇和压缩机的工作状态，本文考虑常用的几种工作模式，测试工况如表2所示，每种工况均在空调达到稳定状态后进行测量，均采用迎面风送风模式。

2 噪声声压级数据分析

各个工况测得的声压级数值如表3所示，与表1中怠速不开空调相比，工况1的各点声压值大部分升高在1至2分贝区间内，主驾左耳略高于2分贝。通过对比可以发现，由于测试车辆出风口集中在前排，所以前排耳边噪声要大于后排噪声，随着挡位的升高风扇转速增大，噪声提升明显。制冷模式下，由于压缩机的介入，与非制冷模式相比，各测点噪声均有提高，在风扇低转速挡位比高转速挡位提升幅度略高。

下图展示了在怠速、工况1和5三种模式下主驾左耳的噪声频谱曲线，可以看出在100Hz以下的低频段，噪声较大的主要频率为26.3Hz、49.8Hz和76.1Hz，与被测车辆怠速转速750～800转/分钟对应频率相关。在100Hz以上，频率峰值较为分散，风扇和压缩机开启状态的两个主要峰值在150Hz和260Hz，工况5压缩机开启状态下在510Hz处存在噪声较大的波峰。在其余频率段，没有发现比较突出的峰值。

3 声品质数据分析

声品质是乘员对车内噪声心理感受的客观反应，本文使用Head Artemis Suite软件分析各个工况的响度、尖锐度等声品质参数，由于篇幅所限只列出了主驾左耳和后排左乘员左耳的分析结果，如表4和5所示。通过分析可以看出，声品质参数在各工况的变化规律与声压级类似，与后排相比，前排座位的声品质参数较差，制冷工况比非制冷工况声学环境恶略，风扇转速对声品质影响最大，特别是在转速最大的挡位，各参数较其他工况变化非常明显。在风扇低挡位几个工况下，波动度参数的变化不太明显。对比其他耳边测点的声品质数据，均与上述两测点变化规律相同。

4 乘员对空调噪声的影响

上述工况均是在无乘员乘坐状态下进行的测试，而实际使用状态均为车内有乘员的情况，因此本文对有乘员乘坐几种情况下空调噪声也进行了相关试验研究，同样从声压级和声品质两个方面分析车内声学环境的变化规律。

选取了空调制冷内循环的四个风扇挡位工况对应的声压级，包含车内无人乘坐、主驾座位有人乘坐、主驾和副驾两个座位有人乘坐、全员乘坐（主驾副驾后排左右座位有四个人乘坐）四种工况。各测点声压级对比见图3至图6，通过分析可以看出整体的变化趋势：有乘员乘坐的工况下声压级降低，随着乘员的增多声压级下降越大。乘员乘坐不仅使本乘员耳边噪声有所降低，对其他座位的噪声同样有降低的作用。后排乘坐乘客对前排噪声的影响较小。分析上述主要原因是乘员数量的变化，导致车内声场和流场发生变化，影响了二者的分布规律，导致声音的传播过程和声压级发生了改变。

本文以工况5和7为例，分析乘员变化对车内声品质的影响。图7至图10展示了响度和尖锐度的变化曲线，与声压级变化规律基本相同，车内乘员增多，响度和尖锐度下降明显，特别是前排乘员变化对结果影响更为明显。粗糙度和波动度结果如图11至图14所示，在各别测点有数值变动外，整体趋势依然是测试结果随着乘员数量增加而降低，风扇速度越快，规律越明显。

语音清晰度的测试结果如图15和16所示，显示出乘员增多结果升高的规律，在低风扇转速工况，后排乘员的出现没有对前排的测试结果产生较大影响。风扇转速在高档位下，副驾乘员对前排测试结果影响非常明显，后排结果受后排乘员数量变化影响非常小。通过对其他工况声品质参数的分析，得出与上述相同的规律。

5 结语

本文研究传统燃油车怠速状态下的车内空调噪声情况，并对不同工况的噪声分布规律进行了分析，主要得出以下结论：

（1）随着风扇转速的提升，车内噪声随之增大，相同挡位，制冷状态下的噪声高于非制冷状态的噪声，前排乘客的耳边噪声高于后排乘客噪声。

（2）无人乘坐状态下，车内声品质响度、尖锐度、粗糙度、语音清晰度的分布规律与声压级大致相同。风扇在低转速下，波动度变化非常小，风扇最大转速声品质参数变化十分明显，对响度、语音清晰度的影响尤为突出。

（3）车内乘员对噪声影响较为明显，随着乘员增多车内噪声随之降低，对于声品质的影响在各别测点有所波动，但整体趋势与声压级大致相同。由于乘员数量的变化，车内声场和流场发生变化，是造成上述变化的主要原因。

本文仅针对燃油车进行了车内噪声的测试，为空调噪声的研究改进提供了测试分析方法，后续可以针对新能源车辆开展相关试验研究，在没有发动机因素干扰的情况下，分析车内噪声的规律以及对乘员的影响，改善车内的声学环境。

参考文献：

[1]束磊.汽车用鼓风机振动噪声的优化设计[D].吉林大学，2019.

[2]沈思思，王洪强，顾国疆，等.汽车空调系统噪声源识别的试验研究[J].制冷与空调，2020，20（04）：42-46.

[3]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（05）：398-402.

[4]赵伟丰.怠速开空调车内共振问题的优化[J].汽车工程师，2011（03）：36-38.

[5]王军，刘晓明，刘跃鹏.某型号汽车空调的测试分析及优化设计研究[J].机电工程，2015，32（10）：1340-1343+1361.

[6]刘宗财.汽车车内噪声测试与分析[J]，噪声与振动控制，2013（10），33（5），84-85.

[7]杨航. 怠速工况汽车空调声品质评价研究[D].武汉科技大学，2020.

[8]陈江艳，杨诚.电动汽车空调压缩机噪声测试及其声品质客观参量分析[J].噪声与振动控制，2020，40（04）：155-160.

[9]胡潥.怠速工况汽车空调声品质评价研究[J].汽车技术，2021，01（27）.

[10]全国声学标准化技术委员会.声学汽车车内噪声测量方法：GB/T 18697-2002. 北京： 中国标准出版社，2002.

作者简介

李旭伟：（1982—），男，汉族，天津人，硕士，高级工程师，研究方向：汽車振动噪声试验检测。

通讯作者：

庞方超：（1988—），男，汉族，天津人，本科，中级工程师。研究方向：汽车零部件可靠性试验检测。