乘用車空調系統噪聲試驗分析與整改

石月奎，吳迪，嚴旺，吳昱東

（1.中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司，天津 300000；2.西南交通大學機械工程學院，四川 成都 610031）

1 引言

乘汽車的空調系統滿足了消費者對于車內溫度控制的需求，但同時空調系統的運行也帶來了振動和噪聲問題，對整車車內NVH 性能有著重要的影響[1~3]。因此，解決空調系統運行工況的振動和噪聲問題，成為了提升整車NVH 品質的一個重要環節。現有某款國產乘用車，怠速工況下其空調系統開啟運行的瞬間，壓縮機吸合時車內出現較明顯地異響，在空調系統穩定工作后，車內出現明顯的“嗚嗚聲”，嚴重影響了乘駕感受。為了提升空調開工況下的車內NVH 性能，需對該車空調系統噪聲問題進行測試研究與治理。

2 空調系統噪聲產生機理

汽車空調系統噪聲包括汽車空調開啟時產生的車內沖擊噪聲，即吸合噪聲，和空調穩定運行后產生的車內持續性噪聲，即運行噪聲[4]。

2.1 壓縮機吸合噪聲的產生機理

壓縮機吸合時，皮帶輪里鑲嵌的電磁線圈通電產生磁場，將壓盤吸附在皮帶輪上，帶動輸入軸旋轉，壓縮機開始工作。圖1 為壓縮機離合器示意圖，壓縮機吸合時，由于壓盤被迅速吸附，瞬時機械沖擊導致壓縮機振動劇烈，同時產生噪聲，因此在壓縮機剛吸合的瞬間，車內會有噪聲突變。

圖1 汽車空調壓縮機離合器示意圖

2.2 空調系統工作噪聲產生機理

空調系統工作時，斜盤式壓縮機被發動機帶輪帶動，若干個活塞在其軸向進行往復運動，壓縮冷媒、改變冷媒物態。在此過程中，活塞的往復對缸體的往復沖擊作用，產生機械噪聲，透過前圍向車內輻射，同時也會引起壓縮機的振動，通過空調管路傳遞到蒸發器和車身，在車內產生噪聲。當空調工作時，若管路系統隔振不足，可能導致車內噪聲過大。

壓縮機的振動，不僅僅只由其內部活塞往復運動引起；由于壓縮機通過支架固定在發動機機體上，發動機的振動也會通過支架傳遞到壓縮機本體上，若壓縮機支架模態頻率與發動機的激勵頻率接近，也同樣會導致壓縮機產生共振，加劇振動[5]。

此外，車輛在使用過程中，內部熱負荷狀況變化大，加之低壓管管徑較大，制冷劑回流到壓縮機入口時，冷媒流量變化較明顯，導致壓力波動較大形成氣流脈動，引起壓縮機本體和低壓管的振動[6]。

3 空調系統噪聲測試分析與研究

根據空調系統噪聲產生機理分析，對空調系統幾個關鍵點進行振動加速度采集，一是激勵端的測點，包括壓縮機本體，壓縮機支架、高壓管路、低壓管路、膨脹閥出口五個振動采集點，二是響應端的測點，包括駕駛員右耳和壓縮機近場兩聲壓采集點。為采集到壓縮機吸合時的噪聲，測試工況設定為空調由關到開的過渡工況，測試結果如圖2 至圖7 所示。

圖2 空調打開過程壓縮機本體振動

圖3 空調打開過程壓縮機支架振動

圖4 空調打開過程低壓管振動

圖5 空調打開過程高壓管振動

圖6 空調打開過程膨脹閥出口處振動

從圖7 可看出，空調壓縮機吸合瞬間，壓縮機近場噪聲級在壓縮機吸合瞬間出現峰值，駕駛員右耳處同時出現峰值，且開空調后駕駛員右耳噪聲聲壓級增加了7dB。由圖2、3、4、5、6 可知，空調系統各點的振動在吸合后大幅增加，穩定運行后仍然較高，來源于壓縮機的振動，在高低壓管上放大，經管夾后，在膨脹閥處有所降低，但仍達到1.2m/s2，由于膨脹閥緊挨車內空調單元，這表明膨脹閥振動較大可能是引起車內噪聲增加的直接原因。

根據上述機理分析和數據采集摸底可知，造成該樣車空調運行異響的原因可能有：

（1）壓縮機離合器減緩沖擊不足，導致吸合時壓縮機振動劇烈。

樣車搭載的空調壓縮機采用的彈簧式電磁離合器，由于其彈簧剛度大，阻尼小，無法有效緩解壓縮機吸合瞬間的機械沖擊，導致振動經空調管路傳遞到空調單元，在車內形成“吸合噪聲”。

（2）壓縮機支架剛度不夠，導致支架與發動機共振，引發壓縮機劇烈振動。

經對壓縮機支架進行模態測試，得到其固有頻率為387Hz，樣車怠速時，發動機主要階次頻率遠低于該固有頻率，故可以排除壓縮機支架剛度問題。

（3）空調管路固定不當，管夾無隔振處理措施。

如圖8 所示，空調管路固定位置合適，連接剛度較高，管夾有良好的隔振處理，高低壓管較軟，管路對振動的衰減作用較強，改進空間較小。

（4）低壓管路中冷媒的不規則流量和壓力變化產生氣流脈動，引起壓縮機和管路振動。

1.4觀察指標 觀察指標為患者在治療前后的 HA、PCIII、IV-C、ALT、AST、TBiL、GGT的值,以及兩組患者的總有效率。

對樣車進行排查后發現管路振動過大，且低壓管路上無任何消聲措施，如圖8 所示，這可能導致了空調穩定工作時噪聲過大。

圖8 空調系統管路狀態

4 空調系統噪聲控制方案及驗證

4.1 控制方案

根據對空調壓縮機吸合噪聲及運行噪聲產生根源分析，現提出下列改進措施：

（1）針對壓縮機離合器減緩沖擊不足的問題，將彈簧式電磁離合器更換為全周橡膠式離合器，用剛度較小阻尼大的橡膠材料代替原有的彈簧片，減緩吸合時的沖擊與振動，如圖9 所示。

（2）針對壓縮機低壓管內冷媒氣流脈動的問題，在低壓管路上添加消音器，消除氣流脈動，以降低管路和壓縮機的振動，如圖10 所示。

圖9 兩種空調壓縮機離合器

圖10 低壓管路消聲器

4.2 效果驗證

為驗證改進措施的匹配效果及作用，將兩種措施分別在空調系統中進行驗證。

4.2.1 管路消聲器效果驗證

在空調低壓管上添加消聲器，測試空調由關到開的過程，測試結果跟原狀態對比如圖11~16 所示。

圖11 空調打開過程壓縮機本體振動

圖12 空調打開過程壓縮機支架振動

由測試對比結果可看出，添加管路消聲器之后，空調壓縮機吸合瞬間，壓縮機近場噪聲總級仍有較尖銳的突變，壓縮機穩定工作后空調系統各處的振動大幅下降，車內噪聲和壓縮機近場噪聲較未加管路消聲器前，壓縮機近場噪聲降低1.5dB，駕駛員右耳噪聲降低2.5dB，具有良好的優化效果。車內主觀感受壓縮機穩定運行后，車內噪聲明顯改善，但仍有明顯的吸合噪聲。

圖13 空調打開過程低壓管振動

圖14 空調打開過程高壓管振動

圖15 空調打開過程膨脹閥出口振動

圖16 空調打開過程駕駛員右耳及壓縮機近場噪聲

4.1.2 全周橡膠離合器效果驗證

添加管路消聲器后，更換全周橡膠離合器式壓縮機（除離合器，壓縮機其它部分不變），進行空調開啟過程噪聲測試，所得車內噪聲及壓縮機近場噪聲如圖17 所示。

圖17 空調打開過程駕駛員右耳及壓縮機近場噪聲

（細實線為添加管路消聲器后；虛線為添加管路消聲器并更換壓縮機離合器后，下同）

圖18 空調打開過程壓縮機本體振動

從圖17、18 可看出，更換壓縮機離合器后，壓縮機吸合瞬間，駕駛員右耳噪聲曲線在壓縮機吸合瞬間已無明顯突變，壓縮機本體振動較更換離合器之前也有進一步明顯降低，壓縮機近場噪聲在吸合瞬間的變化較之前也緩和了。車內主觀感受基本無吸合噪聲，穩定運行后噪聲水平無明顯變化。

5 總結

針對某乘用車的空調系統運行過程中產生的噪聲機理進行了測試和分析，并根據其產生機理運用不同的控制手段進行噪聲問題的治理：

（1）空調壓縮機吸合時，由于離合器瞬間接觸會產生機械沖擊，經由空調管路傳遞到空調單元，在車內形成“吸合噪聲”；用緩沖隔振性能更好的全周橡膠式壓縮機離合器代替彈簧式離合器，消除了樣車空調剛打開時的吸合噪聲。

（2）空調在穩定運行過程中，由于車輛內部熱負荷狀況變化大，且低壓管管徑較大，制冷劑回流到壓縮機入口時，流量變化明顯，導致壓力波動較大形成氣流脈動，引起壓縮機本體和低壓管的振動，傳遞到車內增加車內噪聲；通過在空調低壓管路上添加消聲器，有效降低了空調運行時的車內噪聲。