暖通箱異響噪聲的診斷與研究

黃麗那，李未，藍志坤，孫冰寒，李俊

（1.長春大學，吉林 長春 130022；2.中車長春軌道客車股份有限公司，吉林 長春 130000）

前言

汽車暖通空調系統為乘客提供了舒適和安全的乘坐環境，暖通箱則該系統起著重要作用，它是保證車內溫度、濕度適宜以及和整車的良好通風性能的主要部件，伴隨著暖通空調系統的使用，它的工作噪聲也會隨之產生[1]，如果噪聲水平超過一定范圍，會嚴重影響人們的乘坐舒適性。汽車暖通箱噪聲包括氣動噪聲、機械噪聲、共振噪聲等，根據噪聲源的分配原則[2]：在穩定的氣流質量流量前提下，進口壓力較低時，氣動噪聲是噪聲源的主要來源，而進口壓力較高時，鼓風機噪聲成為了主要噪聲源，因此，鼓風機噪聲可直接影響車內聲品質。本文對國內某款車型在試制作過程中出現怠速時暖通空調系統異響問題進行了診斷，并采取主觀排查法、整車試驗法和單體試驗法明確噪聲源。

1 主觀排查法

問題車輛在怠速工況時開啟暖通空調系統，低檔位時刻車內存在明顯噪聲問題，且伴隨嘯叫聲，調整車輛狀態即保證車輛水溫表正常，風扇未啟動，關閉車窗、車門，空調模式內循環，采取主觀評價方法初步判斷噪聲源如下：

1）試驗車輛怠速，暖通空調系統未開啟，無異響；

2）試驗車輛熄火，開啟暖通空調系統，存在異響，噪聲源存在于暖通空調系統；

3）試驗車輛熄火，關閉鼓風機，開啟空調系統，無異響，判斷噪聲源為鼓風機。

2 整車試驗法

2.1 試驗工況

經過主觀排查法明確車內暖通箱噪聲由鼓風機運轉產生，通過問題工況和整車客觀目標制定進一步查找鼓風機內部噪聲來源：1）常速工況用以對比總聲壓級；2）加速工況端電壓施以0～15V（足夠范圍覆蓋問題工況）外接電源均勻加速，用以判斷查找階次噪聲。

2.2 傳感器布置

將傳聲器放置在駕駛座椅頭枕位置，模擬駕駛員內耳接車內噪聲，見圖1傳聲器布置。采用非接觸式的激光測速儀測量鼓風機轉速便于測量加速工況。整車怠速狀態，應用萬用表測量各個模式下鼓風機端電壓與電流，并記錄，暖通系統通過直流穩壓電源供電，調節電源的輸出電壓和輸出電流，使得鼓風機端電壓、電流與整車保持一致，應用軟件采集傳感器布置點的數據。

圖1 傳聲器布置

2.3 試驗結果

2.3.1 常速工況

由于目標檔位信息與試驗車輛檔位信息有偏差，采用曲線擬合數學多項式方法將問題模式下的鼓風機各個檔位與目標進行對比，如圖2給出功率與噪聲關系曲線，每個數據點橫坐標代表后暖通各個檔位的功耗值，鼓風機低檔的噪聲水平高于競品車2dB(A)以上，在相同的功耗下其余二個檔位噪聲均小于目標水平，說明異響問題在于鼓風機低檔狀態噪聲偏大，圖3低檔狀態FFT圖示可以看出，總聲壓級高于目標值由于鼓風機電機的第24和36階次噪聲在500 Hz和750Hz高于目標10dB(A)所致。

圖2 功率與噪聲關系曲線

圖3 低檔位FFT頻譜圖

2.3.2 加速工況

加速工況(FFT.vs rpm )如圖4所示，出現第1階次、24階次和36階次問題，產生第24、36階階次噪聲由于電機導致，由于電機采用12棘爪產生的階次，而在第24階次在鼓風機1600rpm轉速遇到共振帶，問題尤為突出。圖5加速工況(Order.vs rpm )中可見總聲壓與噪聲階次分解圖可以看到第24階次噪聲聲壓水平在1600rpm附近對總聲壓級有貢獻，尤其 24階和 36階階次噪聲峰值未超出相鄰包絡線 10dB(A)[3]，因此主觀感覺此階次噪聲明顯，有嘯叫聲存在。

圖4 加速工況(FFT.vs rpm )

圖5 加速工況(Order.vs rpm )

3 單體試驗法

3.1 試驗工況

針對整車試驗得到的結論，問題出現在鼓風機低檔位狀態下電機產生的階次噪聲導致，通過鼓風機單體試驗選擇該問題檔位下穩速工況，建立風量與噪聲的關系，判斷噪聲問題是否由于風量大于目標值導致。

3.2 傳感器布置

圖6 傳感器布置

將傳聲器放置在鼓風機側距離鼓風機平面、地面平面1m位置見圖6傳聲器布置。鼓風機端電壓、電流與整車試驗保持一致。

3.3 試驗結果

圖7 風量與噪聲關系曲線

整車試驗中采用鼓風機功率近似原則對比問題工況鼓風機與目標差別，單體試驗中為排除問題工況受風量影響因素，由于風量越大，產生噪聲水平越高[4]。單體試驗在問題工況下得到的風量差別見圖7風量與噪聲關系曲線所示，橫坐標代表鼓風機風量，縱坐標代表噪聲總聲壓值，相同端電壓穩態工況下，問題工況下試驗樣車的風量低于目標0.2m3/min，但是噪聲水平卻高于目標值，而在相同風量下，問題工況下的試驗樣車噪聲高于目標值，說明該問題工況下，試驗車輛鼓風機異響由電機階次噪聲導致。

4 結束語

本文通過整車主觀排查法、整車試驗法和單體試驗法三種方法的相互結合發現暖通箱異響噪聲源于 24階階次鼓風機電機噪聲，并且在鼓風機1600rpm時共振，從而明確噪聲來源。采用三種方法的結合，不僅僅用于查找車內暖通箱異響噪聲，更利于汽車暖通箱在開發過程早期能發現噪聲問題，盡早的解決問題，尤其在設計前期，單體試驗即可初步明確暖通箱噪聲與風量的關系，對設計指導起到一定輔助作用，再在此基礎上，判斷暖通箱噪聲在整車中目標水平，為汽車試驗開發過程提供方法支撐。

參考文獻

[1] 顧燦松.汽車空調異響引起的汽車車內噪聲與解決[J].汽車技術,2008(11)

[2] Wu,Jian-Da;Liao,Shu-Yi,Fault diagnosis of an automotive airconditi-oner blower using noise emission signal.Expert Systems with Appli-cationsMar2010, Vol. 37 Issue 2, p1438-1445

[3] 馬大猷.聲學手冊[M].北京科學出版社2004.7

[4] 劉橋梁,馮成閣等.空調風機噪聲的產生機理及控制途徑[J].風機技術,2014（04）.