李旭偉　 龐方超　楊東績(jī)　黃驥

摘 要：為了解決傳統(tǒng)燃油車(chē)的車(chē)內(nèi)空調(diào)噪聲問(wèn)題，通過(guò)一種車(chē)輛在怠速狀態(tài)下的試驗(yàn)方法，以空調(diào)制冷模式、循環(huán)模式和風(fēng)速擋位為變量，采集分析了車(chē)內(nèi)常用座位的乘員耳邊噪聲，后續(xù)考慮乘員變化對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲的影響，進(jìn)行了空調(diào)常用工況下的數(shù)據(jù)測(cè)試，通過(guò)對(duì)比分析找出了車(chē)內(nèi)空調(diào)噪聲的分布規(guī)律，以及聲壓和聲品質(zhì)參數(shù)的影響因素。結(jié)果表明：針對(duì)燃油車(chē)怠速工況下的空調(diào)噪聲測(cè)試方法干擾因素較少;采集的數(shù)據(jù)更有針對(duì)性;對(duì)于車(chē)輛空調(diào)噪聲與車(chē)內(nèi)聲學(xué)環(huán)境的研究具有實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：燃油車(chē) 空調(diào)噪聲 頻譜分析 聲品質(zhì)

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

空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車(chē)不可或缺的部件系統(tǒng)之一，與車(chē)內(nèi)乘員的舒適性密切相關(guān)。其性能的優(yōu)劣，直接關(guān)系到車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量、車(chē)內(nèi)環(huán)境溫濕度、除霜除霧安全性和振動(dòng)噪聲等多方面，這些都與乘員的主觀感受密切相關(guān)，直接影響人們對(duì)汽車(chē)品質(zhì)的評(píng)價(jià)與認(rèn)可。

隨著消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)舒適性要求的不斷提高，改善車(chē)內(nèi)環(huán)境，降低空調(diào)噪聲成為整車(chē)廠在車(chē)輛開(kāi)發(fā)過(guò)程中不可回避的問(wèn)題之一。近年來(lái)國(guó)內(nèi)針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的聲學(xué)設(shè)計(jì)、測(cè)試和改善進(jìn)行了大量的研究工作。吉林大學(xué)束磊[1]針對(duì)某型號(hào)的空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)與噪聲試驗(yàn)，建立了仿真分析模型對(duì)聲場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算與驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)噪聲源的位置和規(guī)律，提出了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方法，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)后的效果。教育部工程研究中心沈思思[2]針對(duì)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)在消音室中搭建測(cè)試臺(tái)架，通過(guò)屏蔽法、聲壓法等進(jìn)行噪聲源識(shí)別和傳遞路徑分析，找出了噪聲幅值較大各個(gè)階次的傳遞路徑。同濟(jì)大學(xué)張立軍[3]針對(duì)汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)噪聲通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)和整車(chē)試驗(yàn)兩種方式采集振動(dòng)噪聲信號(hào)進(jìn)行頻域分析，得到了壓縮機(jī)的振動(dòng)特性以及對(duì)整車(chē)的影響。長(zhǎng)城技術(shù)中心趙偉豐[4]對(duì)車(chē)輛在怠速狀態(tài)下懸置和風(fēng)扇進(jìn)行試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)空調(diào)壓縮機(jī)對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲影響很大，甚至?xí)鬟f到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)，通過(guò)對(duì)相關(guān)系統(tǒng)的優(yōu)化使得駕駛員耳邊噪聲和方向盤(pán)振動(dòng)都有明顯改善。江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院王軍[5]等人針對(duì)汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)突出的噪聲問(wèn)題進(jìn)行了模態(tài)、隔振和流場(chǎng)的仿真優(yōu)化，減少了空調(diào)振動(dòng)向車(chē)身的傳遞，降低了進(jìn)氣口的紊流噪聲。大連交通大學(xué)劉宗財(cái)[6]針對(duì)不同試驗(yàn)車(chē)進(jìn)行了車(chē)內(nèi)噪聲的分析研究，找出了車(chē)速、車(chē)內(nèi)位置和不同車(chē)輛結(jié)構(gòu)對(duì)噪聲的影響規(guī)律，還提出了相應(yīng)的降噪措施。

目前針對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲的研究不再注重單一的聲壓值，更加注重駕乘人員的心理感受，因此聲品質(zhì)的研究也越來(lái)越受到重視。武漢科技大學(xué)楊航[7]針對(duì)某款SUV車(chē)型進(jìn)行了怠速狀態(tài)下空調(diào)不同模式下噪聲信號(hào)的采集，并且從人的心理學(xué)角度分析了響度、尖銳度等聲品質(zhì)參數(shù)，對(duì)比分析幾種客觀評(píng)價(jià)模型的預(yù)測(cè)能力，找出了建立聲品質(zhì)評(píng)價(jià)模型的方法。重慶大學(xué)陳江艷[8]針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)不同轉(zhuǎn)速工況下產(chǎn)生的噪音，在消音室內(nèi)搭建臺(tái)架測(cè)試并分析了響度、尖銳度、粗糙度等聲品質(zhì)參數(shù)，得到了壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和不同場(chǎng)點(diǎn)對(duì)聲品質(zhì)的影響。武漢科技大學(xué)胡潥[9]對(duì)怠速狀態(tài)汽車(chē)空調(diào)不同工況下的聲品質(zhì)進(jìn)行了主客觀研究，建立了預(yù)測(cè)模型并提出了一套汽車(chē)空調(diào)聲品質(zhì)的評(píng)價(jià)方案。

本文以某款傳統(tǒng)燃油車(chē)為研究對(duì)象，針對(duì)怠速狀態(tài)下車(chē)輛空調(diào)在不同工況時(shí)的乘員耳邊噪聲聲壓和聲品質(zhì)制定了噪聲試驗(yàn)方案，分析不同工況下不同測(cè)點(diǎn)的噪聲分布規(guī)律，最后測(cè)試并分析了車(chē)內(nèi)乘員對(duì)于空調(diào)噪聲的影響，找出了乘員對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲的影響規(guī)律。

1 測(cè)試工況的選取

本文以燃油車(chē)空調(diào)噪聲為研究對(duì)象，空調(diào)開(kāi)啟過(guò)程中需要首先啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，因此正式測(cè)試之前，即進(jìn)行了背景噪聲的測(cè)試，也對(duì)怠速狀態(tài)各測(cè)點(diǎn)聲壓進(jìn)行了測(cè)試，噪聲測(cè)試共布置了8個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別位于主駕、副駕、后排左和后排右的左右耳邊位置，如圖1所示，測(cè)點(diǎn)的定位尺寸參照GB/T 18697-2002《聲學(xué) 汽車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲測(cè)量方法》中有關(guān)傳聲器位置的定義[10]，怠速和背景噪聲數(shù)據(jù)如表1所示，其中怠速工況副駕右耳噪聲值明顯高于其他測(cè)點(diǎn)，主要原因是發(fā)動(dòng)機(jī)布置偏右側(cè)，且右側(cè)存在空調(diào)管路孔洞隔聲效果較差。

LDL、LDR代表主駕左右耳，RDL、RDR代表副駕左右耳，LPL、LPR代表后排左乘員左右耳，RPL、RPR代表后排右乘員左右耳。

汽車(chē)空調(diào)不同的工作模式主要區(qū)別在于風(fēng)扇和壓縮機(jī)的工作狀態(tài)，本文考慮常用的幾種工作模式，測(cè)試工況如表2所示，每種工況均在空調(diào)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后進(jìn)行測(cè)量，均采用迎面風(fēng)送風(fēng)模式。

2 噪聲聲壓級(jí)數(shù)據(jù)分析

各個(gè)工況測(cè)得的聲壓級(jí)數(shù)值如表3所示，與表1中怠速不開(kāi)空調(diào)相比，工況1的各點(diǎn)聲壓值大部分升高在1至2分貝區(qū)間內(nèi)，主駕左耳略高于2分貝。通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，由于測(cè)試車(chē)輛出風(fēng)口集中在前排，所以前排耳邊噪聲要大于后排噪聲，隨著擋位的升高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速增大，噪聲提升明顯。制冷模式下，由于壓縮機(jī)的介入，與非制冷模式相比，各測(cè)點(diǎn)噪聲均有提高，在風(fēng)扇低轉(zhuǎn)速擋位比高轉(zhuǎn)速擋位提升幅度略高。

下圖展示了在怠速、工況1和5三種模式下主駕左耳的噪聲頻譜曲線，可以看出在100Hz以下的低頻段，噪聲較大的主要頻率為26.3Hz、49.8Hz和76.1Hz，與被測(cè)車(chē)輛怠速轉(zhuǎn)速750～800轉(zhuǎn)/分鐘對(duì)應(yīng)頻率相關(guān)。在100Hz以上，頻率峰值較為分散，風(fēng)扇和壓縮機(jī)開(kāi)啟狀態(tài)的兩個(gè)主要峰值在150Hz和260Hz，工況5壓縮機(jī)開(kāi)啟狀態(tài)下在510Hz處存在噪聲較大的波峰。在其余頻率段，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)比較突出的峰值。

3 聲品質(zhì)數(shù)據(jù)分析

聲品質(zhì)是乘員對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲心理感受的客觀反應(yīng)，本文使用Head Artemis Suite軟件分析各個(gè)工況的響度、尖銳度等聲品質(zhì)參數(shù)，由于篇幅所限只列出了主駕左耳和后排左乘員左耳的分析結(jié)果，如表4和5所示。通過(guò)分析可以看出，聲品質(zhì)參數(shù)在各工況的變化規(guī)律與聲壓級(jí)類(lèi)似，與后排相比，前排座位的聲品質(zhì)參數(shù)較差，制冷工況比非制冷工況聲學(xué)環(huán)境惡略，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速對(duì)聲品質(zhì)影響最大，特別是在轉(zhuǎn)速最大的擋位，各參數(shù)較其他工況變化非常明顯。在風(fēng)扇低擋位幾個(gè)工況下，波動(dòng)度參數(shù)的變化不太明顯。對(duì)比其他耳邊測(cè)點(diǎn)的聲品質(zhì)數(shù)據(jù)，均與上述兩測(cè)點(diǎn)變化規(guī)律相同。

4 乘員對(duì)空調(diào)噪聲的影響

上述工況均是在無(wú)乘員乘坐狀態(tài)下進(jìn)行的測(cè)試，而實(shí)際使用狀態(tài)均為車(chē)內(nèi)有乘員的情況，因此本文對(duì)有乘員乘坐幾種情況下空調(diào)噪聲也進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)研究，同樣從聲壓級(jí)和聲品質(zhì)兩個(gè)方面分析車(chē)內(nèi)聲學(xué)環(huán)境的變化規(guī)律。

選取了空調(diào)制冷內(nèi)循環(huán)的四個(gè)風(fēng)扇擋位工況對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)，包含車(chē)內(nèi)無(wú)人乘坐、主駕座位有人乘坐、主駕和副駕兩個(gè)座位有人乘坐、全員乘坐（主駕副駕后排左右座位有四個(gè)人乘坐）四種工況。各測(cè)點(diǎn)聲壓級(jí)對(duì)比見(jiàn)圖3至圖6，通過(guò)分析可以看出整體的變化趨勢(shì)：有乘員乘坐的工況下聲壓級(jí)降低，隨著乘員的增多聲壓級(jí)下降越大。乘員乘坐不僅使本乘員耳邊噪聲有所降低，對(duì)其他座位的噪聲同樣有降低的作用。后排乘坐乘客對(duì)前排噪聲的影響較小。分析上述主要原因是乘員數(shù)量的變化，導(dǎo)致車(chē)內(nèi)聲場(chǎng)和流場(chǎng)發(fā)生變化，影響了二者的分布規(guī)律，導(dǎo)致聲音的傳播過(guò)程和聲壓級(jí)發(fā)生了改變。

本文以工況5和7為例，分析乘員變化對(duì)車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)的影響。圖7至圖10展示了響度和尖銳度的變化曲線，與聲壓級(jí)變化規(guī)律基本相同，車(chē)內(nèi)乘員增多，響度和尖銳度下降明顯，特別是前排乘員變化對(duì)結(jié)果影響更為明顯。粗糙度和波動(dòng)度結(jié)果如圖11至圖14所示，在各別測(cè)點(diǎn)有數(shù)值變動(dòng)外，整體趨勢(shì)依然是測(cè)試結(jié)果隨著乘員數(shù)量增加而降低，風(fēng)扇速度越快，規(guī)律越明顯。

語(yǔ)音清晰度的測(cè)試結(jié)果如圖15和16所示，顯示出乘員增多結(jié)果升高的規(guī)律，在低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速工況，后排乘員的出現(xiàn)沒(méi)有對(duì)前排的測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生較大影響。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速在高檔位下，副駕乘員對(duì)前排測(cè)試結(jié)果影響非常明顯，后排結(jié)果受后排乘員數(shù)量變化影響非常小。通過(guò)對(duì)其他工況聲品質(zhì)參數(shù)的分析，得出與上述相同的規(guī)律。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究傳統(tǒng)燃油車(chē)怠速狀態(tài)下的車(chē)內(nèi)空調(diào)噪聲情況，并對(duì)不同工況的噪聲分布規(guī)律進(jìn)行了分析，主要得出以下結(jié)論：

（1）隨著風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的提升，車(chē)內(nèi)噪聲隨之增大，相同擋位，制冷狀態(tài)下的噪聲高于非制冷狀態(tài)的噪聲，前排乘客的耳邊噪聲高于后排乘客噪聲。

（2）無(wú)人乘坐狀態(tài)下，車(chē)內(nèi)聲品質(zhì)響度、尖銳度、粗糙度、語(yǔ)音清晰度的分布規(guī)律與聲壓級(jí)大致相同。風(fēng)扇在低轉(zhuǎn)速下，波動(dòng)度變化非常小，風(fēng)扇最大轉(zhuǎn)速聲品質(zhì)參數(shù)變化十分明顯，對(duì)響度、語(yǔ)音清晰度的影響尤為突出。

（3）車(chē)內(nèi)乘員對(duì)噪聲影響較為明顯，隨著乘員增多車(chē)內(nèi)噪聲隨之降低，對(duì)于聲品質(zhì)的影響在各別測(cè)點(diǎn)有所波動(dòng)，但整體趨勢(shì)與聲壓級(jí)大致相同。由于乘員數(shù)量的變化，車(chē)內(nèi)聲場(chǎng)和流場(chǎng)發(fā)生變化，是造成上述變化的主要原因。

本文僅針對(duì)燃油車(chē)進(jìn)行了車(chē)內(nèi)噪聲的測(cè)試，為空調(diào)噪聲的研究改進(jìn)提供了測(cè)試分析方法，后續(xù)可以針對(duì)新能源車(chē)輛開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)研究，在沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)因素干擾的情況下，分析車(chē)內(nèi)噪聲的規(guī)律以及對(duì)乘員的影響，改善車(chē)內(nèi)的聲學(xué)環(huán)境。

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作者簡(jiǎn)介

李旭偉：（1982—），男，漢族，天津人，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：汽車(chē)振動(dòng)噪聲試驗(yàn)檢測(cè)。

通訊作者：

龐方超：（1988—），男，漢族，天津人，本科，中級(jí)工程師。研究方向：汽車(chē)零部件可靠性試驗(yàn)檢測(cè)。