靳豹　王朝陽　曹子亮　劉建廣

摘 要：從汽車用空調(diào)系統(tǒng)的組成，分別對空調(diào)制冷系統(tǒng)產(chǎn)生的吸合噪聲、階次噪聲、Hissing噪聲等不同類型的噪聲現(xiàn)象及產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了闡述。通過分析產(chǎn)生這些噪聲的原因及相關(guān)零部件，分別指出了相對應(yīng)的控制要點(diǎn)及措施。最后，展示了通過控制空調(diào)系統(tǒng)噪聲使汽車車內(nèi)噪聲得到優(yōu)化的工程實(shí)例。

關(guān)鍵詞：汽車空調(diào)；制冷系統(tǒng)；噪聲優(yōu)化

1 引言

汽車空調(diào)系統(tǒng)有調(diào)節(jié)溫度、濕度，對駕駛室內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)、換氣，調(diào)節(jié)駕駛員舒適感的作用[1]。但隨之而來的噪聲問題也成為影響駕駛員舒適性的因素之一。

2 汽車空調(diào)系統(tǒng)工作原理

汽車空調(diào)系統(tǒng)主要由兩部分組成，即制冷系統(tǒng)和暖通箱。制冷系統(tǒng)主要包括壓縮機(jī)、冷凝器、儲液干燥器、膨脹閥、蒸發(fā)器、管路、冷卻風(fēng)扇等，暖通箱主要包括鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、風(fēng)門等；

高壓液態(tài)冷媒在節(jié)流閥內(nèi)變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊簯B(tài)冷媒，最后進(jìn)入蒸發(fā)器，完成制冷循環(huán)。而在暖通箱內(nèi)，蒸發(fā)器周邊的冷空氣或者暖風(fēng)水箱周圍的熱空氣被鼓風(fēng)機(jī)吹散到車內(nèi)，保證車內(nèi)舒適性。

本文主要針對汽車空調(diào)制冷系統(tǒng)的噪聲現(xiàn)象開展研究。

3 空調(diào)系統(tǒng)噪聲現(xiàn)象及產(chǎn)生機(jī)理

空調(diào)系統(tǒng)啟動時(shí)，會消耗一部分發(fā)動機(jī)功率，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升，彌補(bǔ)損失的功率[2]，使車內(nèi)噪聲增加。除此之外，汽車空調(diào)系統(tǒng)工作時(shí)自身產(chǎn)生的噪聲也很明顯，這部分噪聲也已經(jīng)成為影響汽車駕乘人員舒適性的噪聲問題之一。而這些噪聲問題主要來自于空調(diào)制冷系統(tǒng)。其主要噪聲現(xiàn)象如下表1。

4 空調(diào)系統(tǒng)噪聲控制措施

4.1 壓縮機(jī)吸合異響

壓縮機(jī)吸合異響，是由于壓縮機(jī)離合器吸合時(shí)吸盤與皮帶輪產(chǎn)生撞擊而產(chǎn)生的。離合器吸合是利用離合器通電時(shí)產(chǎn)生磁場力將吸盤進(jìn)行吸合，且吸合速度快，導(dǎo)致吸盤和皮帶輪產(chǎn)生撞擊，進(jìn)而產(chǎn)生異響噪聲。

但不同的離合器結(jié)構(gòu)和使用不同的材質(zhì)所產(chǎn)生的吸合異響噪聲程度也會有所不同，如圖3所示。

可以從以下幾方面采取優(yōu)化措施：

（1）從結(jié)構(gòu)和材料上優(yōu)化，緩和壓縮機(jī)吸合時(shí)銜鐵碰撞產(chǎn)生的異響，如：使用全周橡膠銜鐵；（2）空調(diào)管路采用隔振設(shè)計(jì)控制和衰減振動向車身的傳遞，如：空調(diào)低壓管的部分硬管改為橡膠軟管，減小異響向車內(nèi)傳遞[3]；（3）通過設(shè)置合理吸合電壓，減弱吸合時(shí)的撞擊。

除以上措施外，合理使用電動壓縮機(jī)，也是防止吸合異響的有效手段。

4.2 壓縮機(jī)的階次噪聲

壓縮機(jī)階次噪聲是壓縮機(jī)最為常見的噪聲之一，該噪聲現(xiàn)象是由壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)部件引起的，其噪聲頻率和旋轉(zhuǎn)頻率相關(guān)，如圖4所示。壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)形式不同，階次噪聲也不盡相同，如：旋葉式壓縮機(jī)階次噪聲和葉片數(shù)量相關(guān)，斜盤式壓縮機(jī)階次噪聲和活塞數(shù)量相關(guān)。

一般情況是通過生產(chǎn)廠家進(jìn)行壓縮機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化，主機(jī)廠也可以選用噪聲更為優(yōu)秀的渦旋式或變排量壓縮機(jī)或采取以下被動措施，滿足噪聲目標(biāo)要求：

（1）發(fā)動機(jī)支撐或懸置進(jìn)行合理匹配；（2）空調(diào)系統(tǒng)增加減振降噪措施；（3）空調(diào)管路在車身及防火墻安裝采用隔振措施。

4.3 膨脹閥或蒸發(fā)器的Hissing噪聲

制冷初期，壓縮機(jī)吸排氣壓力差較小，壓縮機(jī)內(nèi)冷媒流通量大。同時(shí)蒸發(fā)器內(nèi)冷媒的壓力和溫度會快速下降。因熱傳遞慢，膨脹閥感知溫度變化相對于壓力的改變較慢，因此在膜片上就會形成壓力差，開啟閥門，隨著熱傳遞，壓力逐漸平衡，閥芯會回到正常位置。在此過程中閥芯與頂桿脫離形成自由振動系統(tǒng)，受冷媒激勵產(chǎn)生異響[4]。

消除或減弱該噪聲，可采用的對策如下：

（1）減小膨脹閥開啟時(shí)冷媒壓力；（2）控制膨脹閥閥芯與閥座的相對水平運(yùn)動；（3）空調(diào)管路與車身安裝點(diǎn)的振動隔離；（4）增加隔吸聲材料包覆；（5）增加消聲器。

4.4 冷卻模塊散熱風(fēng)扇噪聲

風(fēng)扇噪聲主要有以下幾種：風(fēng)扇殘余動不平衡產(chǎn)生的低頻噪聲、葉片擾動空氣產(chǎn)生的渦流噪聲、葉片切割空氣引起的階次嘯叫，又稱為旋轉(zhuǎn)或葉片噪聲等。

風(fēng)扇噪聲控制思路：

（1）控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。風(fēng)扇噪聲的聲壓級（SPL）計(jì)算方法如下：SPL=K1Qn2/D式中：K1-常量，Q-風(fēng)量，D-直徑，n-轉(zhuǎn)速。由此，在同一風(fēng)量Q下，為了降低風(fēng)扇噪聲，可增加直徑D，或降低轉(zhuǎn)速n；（2）優(yōu)化風(fēng)扇葉片形狀，使之有較好的流線型和合適的彎曲度，減小渦流噪聲；（3）采用護(hù)風(fēng)環(huán)可減小風(fēng)扇頂端的渦流噪聲；（4）葉片非均勻分布可降低風(fēng)扇噪聲中突出的峰值頻率成分；（5）采用有機(jī)合成材料（玻璃鋼、高強(qiáng)度尼龍等）葉片比金屬葉片噪聲??；（6）適當(dāng)?shù)倪x擇風(fēng)扇（2）與散熱器的距離也可減小風(fēng)扇噪聲。

4.5 拍頻噪聲

該拍頻噪聲是在值兩個(gè)頻率接近的噪聲調(diào)制引起的強(qiáng)弱變化的聽覺現(xiàn)象。這里涉及的拍頻噪聲包括雙風(fēng)扇引起的拍頻，以及壓縮機(jī)階次噪聲、風(fēng)扇階次噪聲、發(fā)動機(jī)階次噪聲引起的拍頻噪聲。

在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素有：

（1）壓縮機(jī)單體噪聲、振動；（2）風(fēng)扇單體噪聲振動；（3）轉(zhuǎn)速比（發(fā)動機(jī)與壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速比）；（4）發(fā)動機(jī)、壓縮機(jī)、風(fēng)扇之間階次頻率的分布及頻率間隔。

5 案例

某車型怠速開空調(diào)工況下車內(nèi)存在明顯的周期性拍頻現(xiàn)象。經(jīng)測試及互動濾波得出結(jié)論：該拍頻噪聲由于106Hz噪聲（發(fā)動機(jī)8階）與112Hz噪聲（壓縮機(jī)7階）頻率接近而產(chǎn)生，測試數(shù)據(jù)如圖5所示。

針對以上問題，采取如下措施：

（1）更換小帶輪壓縮機(jī)，即改變壓縮機(jī)傳動比；（2）空調(diào)管路管夾優(yōu)化，增加與車身連接處隔振橡膠。

經(jīng)過優(yōu)化處理，壓縮機(jī)7階頻率上升至117Hz，且其噪聲峰值降低約5dB（A），如圖6所示。

實(shí)車評價(jià)，優(yōu)化后車內(nèi)拍頻現(xiàn)象消失，車內(nèi)聲品質(zhì)得到明顯提升，該問題得到有效解決。

6 結(jié)語

本文針對汽車空調(diào)噪聲問題，從空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、主要噪聲現(xiàn)象及其產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析，并針對空調(diào)系統(tǒng)不同零部件產(chǎn)生的噪聲提供了相對應(yīng)的控制措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]孔凡清，龔元聰，趙雨晴，路士杰，張學(xué)敏.現(xiàn)代汽車空調(diào)HVAC研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨[J]. 環(huán)境工程.2016，34.

[2]劉顯臣.汽車NVH綜合技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2014.4：48-50.

[3]楊誠，肖堯，胡美龍.小波分析在汽車空調(diào)啟動異響診斷中的應(yīng)用[J]. 噪聲與振動控制.2016，34（4）：151-155.

[4]張建國.消音器和膨脹閥在汽車空調(diào)降噪中的應(yīng)用研究. 汽車科技.2016，1.

[5]盧喜.旋葉式車用空調(diào)壓縮機(jī)的振動與噪聲控制的研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2006.