空调出风口杂音分析与优化

秦 望，黄 毅，龙书成，李 智，张 志

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东 广州 511434）

汽车暖通空调噪声主要有气动噪声、电磁噪声和机械噪声等，对于噪声控制方法有众多文献对其进行研究，其噪声性能好坏对用户满意度影响非常大。在近几年的G.D.POWER中国新车质量研究（IQS）报告中，鼓风机噪声大问题经常排在各车型问题排行榜前列。对报告中抱怨较多的本品某车型用户原话进行分析，发现后空调噪声大问题被多次提及，且明确指出后空调出风的时候有明显的“沙沙”音。本文通过对“沙沙”音的产生机理进行研究并给出相应的解决方案。

1 问题现象

某七座本品车型空调系统由前、后两个空调箱分别为前排和中后排乘客送风，后空调系统组成见图1。后空调吹面风道在顶棚上共设置有4个出风口，其吹面模式出风示意图如图2所示。

图1 后空调系统示意图

图2 后空调吹面模式出风示意图

怠速工况单独开启后空调鼓风机做噪声主观评价，在吹面模式下，当风量开到5挡及以上挡位时，在车内不同位置都能听到后空调出风口附近发出较明显的“沙沙”杂音，声音品质较差，且挡位越高越明显；对某参考车进行评价，其各风量挡位“沙沙”杂音问题均不明显，出风声音品质明显优于本品车，为调查该杂音问题进行下述分析及研究。

1.1 数据采集

基于主观评价该问题在后空调出风口位置附近更明显，且声音频率较高，为准确还原人耳对声音的实际感受，选用B&K公司的4100D人工头和B&K3560B数采，采集噪声数据。由于本品车和参考车后空调鼓风机分别布置于整车左后侧围和右后侧围内，参考企业测试标准，将人工头分别放置于中排左侧和中排右侧座椅上，测点布置见图3。

图3 测点布置图

以该问题最突出的怠速工况7挡风量为目标工况，分别对本品车及参考车进行客观数据采集。

1.2 数据分析

分别以人工头靠近出风口一侧的外耳测点为参考进行频谱对比，7挡中排外耳噪声频谱图见图4。

图4 7挡外耳噪声频谱

通过客观数据对比可以看出，本品车7挡中排外耳总声压级低于参考车0.7dB（A），但在4000Hz附近频段噪声明显高于参考车。对3000～5000Hz频段进行滤波后回放，确认本品车出风口“沙沙”音主要为该频段影响。

由于声压级大小的差异不能客观反映“沙沙”音问题的严重程度，需要针对该问题点采用合适的客观指标进行量化。参考人工头外耳测点对原始时域信号进行相关心理声学指标计算和整理，心理声学指标对比见表1，发现尖锐度指标可以较好量化该问题。

表1 中排鼓风机侧外耳心理声学指标对比

2 原因分析

通过对比本品车鼓风机4挡及以上风量三分之一倍频程频谱图，如图5所示。发现随风量挡位增加，4000Hz频带逐渐凸显。鼓风机6挡、7挡工况，4000Hz频带成为噪声频谱的峰值频带，结合主观评价鼓风机6挡、7挡“沙沙”音更明显，推断出风口“沙沙”音与风速相关。

图5 中排外耳噪声三分之一倍频程

用风速仪实测本品车与参考车各出风口附近风速，发现本品车出风口附近风速明显高于参考车。采用STARCCM+软件对本品车出风口风速进行仿真分析，其速度云图如图6所示。

图6 本品车出风口速度云图

从出风口速度云图仿真结果来看，本品车出风口最大风速约23m/s，且后排两个出风口风速明显高于中排，且存在风速前高后低现象。故分析本品车后空调高挡位出风口“沙沙”音问题原因为：出风口局部区域风速太高，导致气流通过出风口总成上各个零件时产生涡流噪声。

3 优化方案提出及效果验证

3.1 优化方向分析

出风口风速主要受鼓风机挡位电压、风道截面形状和风道分风条影响。降低鼓风机挡位电压会影响空调风量，受布置空间约束风道截面也无法调整，所以优化方案选择对风道分风条进行调整。

3.2 优化方案设计

参考原状态风口附近速度矢量图，对风道分风条进行重新设计，优化方案如图7所示。

图7 风道优化前后对比

优化后，风口平均压损基本相当，评估对风量无影响。第3排出风口风速降低明显，最高风速由原来约23m/s降低至约18m/s，风速对比见图8所示。

图8 优化风道分风条出风口速度云图

3.3 优化方案效果验证

将优化方案制作成样件进行测试对比，其噪声频谱对比如图9所示。

通过图9数据可以看出，优化后原状态4000Hz附近高频噪声明显降低，优化后主观评价鼓风机7挡风量“沙沙”声变得不明显。优化方案效果见表2。

图9 优化方案对比

4 结语

后空调风道受布置约束，空调风管与风口出风方向接近垂直，导致气流容易在风口局部位置形成高速涡流而产生高频“沙沙”声。在不影响空调总风量的前提下，通过优化风道分风条改善出风口风速均匀性，可以降低出风口风速，从而实现改善出风口“沙沙”杂音的目的。本文为解决后空调出风口声品质问题提供了一种参考方案。