空調(diào)出風口雜音分析與優(yōu)化

秦 望，黃 毅，龍書成，李 智，張 志

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

汽車暖通空調(diào)噪聲主要有氣動噪聲、電磁噪聲和機械噪聲等，對于噪聲控制方法有眾多文獻對其進行研究，其噪聲性能好壞對用戶滿意度影響非常大。在近幾年的G.D.POWER中國新車質(zhì)量研究（IQS）報告中，鼓風機噪聲大問題經(jīng)常排在各車型問題排行榜前列。對報告中抱怨較多的本品某車型用戶原話進行分析，發(fā)現(xiàn)后空調(diào)噪聲大問題被多次提及，且明確指出后空調(diào)出風的時候有明顯的“沙沙”音。本文通過對“沙沙”音的產(chǎn)生機理進行研究并給出相應(yīng)的解決方案。

1 問題現(xiàn)象

某七座本品車型空調(diào)系統(tǒng)由前、后兩個空調(diào)箱分別為前排和中后排乘客送風，后空調(diào)系統(tǒng)組成見圖1。后空調(diào)吹面風道在頂棚上共設(shè)置有4個出風口，其吹面模式出風示意圖如圖2所示。

圖1 后空調(diào)系統(tǒng)示意圖

圖2 后空調(diào)吹面模式出風示意圖

怠速工況單獨開啟后空調(diào)鼓風機做噪聲主觀評價，在吹面模式下，當風量開到5擋及以上擋位時，在車內(nèi)不同位置都能聽到后空調(diào)出風口附近發(fā)出較明顯的“沙沙”雜音，聲音品質(zhì)較差，且擋位越高越明顯；對某參考車進行評價，其各風量擋位“沙沙”雜音問題均不明顯，出風聲音品質(zhì)明顯優(yōu)于本品車，為調(diào)查該雜音問題進行下述分析及研究。

1.1 數(shù)據(jù)采集

基于主觀評價該問題在后空調(diào)出風口位置附近更明顯，且聲音頻率較高，為準確還原人耳對聲音的實際感受，選用B&K公司的4100D人工頭和B&K3560B數(shù)采，采集噪聲數(shù)據(jù)。由于本品車和參考車后空調(diào)鼓風機分別布置于整車左后側(cè)圍和右后側(cè)圍內(nèi)，參考企業(yè)測試標準，將人工頭分別放置于中排左側(cè)和中排右側(cè)座椅上，測點布置見圖3。

圖3 測點布置圖

以該問題最突出的怠速工況7擋風量為目標工況，分別對本品車及參考車進行客觀數(shù)據(jù)采集。

1.2 數(shù)據(jù)分析

分別以人工頭靠近出風口一側(cè)的外耳測點為參考進行頻譜對比，7擋中排外耳噪聲頻譜圖見圖4。

圖4 7擋外耳噪聲頻譜

通過客觀數(shù)據(jù)對比可以看出，本品車7擋中排外耳總聲壓級低于參考車0.7dB（A），但在4000Hz附近頻段噪聲明顯高于參考車。對3000～5000Hz頻段進行濾波后回放，確認本品車出風口“沙沙”音主要為該頻段影響。

由于聲壓級大小的差異不能客觀反映“沙沙”音問題的嚴重程度，需要針對該問題點采用合適的客觀指標進行量化。參考人工頭外耳測點對原始時域信號進行相關(guān)心理聲學(xué)指標計算和整理，心理聲學(xué)指標對比見表1，發(fā)現(xiàn)尖銳度指標可以較好量化該問題。

表1 中排鼓風機側(cè)外耳心理聲學(xué)指標對比

2 原因分析

通過對比本品車鼓風機4擋及以上風量三分之一倍頻程頻譜圖，如圖5所示。發(fā)現(xiàn)隨風量擋位增加，4000Hz頻帶逐漸凸顯。鼓風機6擋、7擋工況，4000Hz頻帶成為噪聲頻譜的峰值頻帶，結(jié)合主觀評價鼓風機6擋、7擋“沙沙”音更明顯，推斷出風口“沙沙”音與風速相關(guān)。

圖5 中排外耳噪聲三分之一倍頻程

用風速儀實測本品車與參考車各出風口附近風速，發(fā)現(xiàn)本品車出風口附近風速明顯高于參考車。采用STARCCM+軟件對本品車出風口風速進行仿真分析，其速度云圖如圖6所示。

圖6 本品車出風口速度云圖

從出風口速度云圖仿真結(jié)果來看，本品車出風口最大風速約23m/s，且后排兩個出風口風速明顯高于中排，且存在風速前高后低現(xiàn)象。故分析本品車后空調(diào)高擋位出風口“沙沙”音問題原因為：出風口局部區(qū)域風速太高，導(dǎo)致氣流通過出風口總成上各個零件時產(chǎn)生渦流噪聲。

3 優(yōu)化方案提出及效果驗證

3.1 優(yōu)化方向分析

出風口風速主要受鼓風機擋位電壓、風道截面形狀和風道分風條影響。降低鼓風機擋位電壓會影響空調(diào)風量，受布置空間約束風道截面也無法調(diào)整，所以優(yōu)化方案選擇對風道分風條進行調(diào)整。

3.2 優(yōu)化方案設(shè)計

參考原狀態(tài)風口附近速度矢量圖，對風道分風條進行重新設(shè)計，優(yōu)化方案如圖7所示。

圖7 風道優(yōu)化前后對比

優(yōu)化后，風口平均壓損基本相當，評估對風量無影響。第3排出風口風速降低明顯，最高風速由原來約23m/s降低至約18m/s，風速對比見圖8所示。

圖8 優(yōu)化風道分風條出風口速度云圖

3.3 優(yōu)化方案效果驗證

將優(yōu)化方案制作成樣件進行測試對比，其噪聲頻譜對比如圖9所示。

通過圖9數(shù)據(jù)可以看出，優(yōu)化后原狀態(tài)4000Hz附近高頻噪聲明顯降低，優(yōu)化后主觀評價鼓風機7擋風量“沙沙”聲變得不明顯。優(yōu)化方案效果見表2。

圖9 優(yōu)化方案對比

4 結(jié)語

后空調(diào)風道受布置約束，空調(diào)風管與風口出風方向接近垂直，導(dǎo)致氣流容易在風口局部位置形成高速渦流而產(chǎn)生高頻“沙沙”聲。在不影響空調(diào)總風量的前提下，通過優(yōu)化風道分風條改善出風口風速均勻性，可以降低出風口風速，從而實現(xiàn)改善出風口“沙沙”雜音的目的。本文為解決后空調(diào)出風口聲品質(zhì)問題提供了一種參考方案。