自行式 C 型旅居車的 NVH 性能分析與優化

摘要：針對某自行式C 型旅居車的噪聲-振動-聲振粗糙度（NVH）性能分析與優化開展相關研究。結合旅居車功能屬性和客戶使用場景，定義了10 個旅居車主要聲源評估工況矩陣，識別出空調噪聲最易引起客戶不滿。按區域使用功能特點和環境質量要求，制定了旅居車內部噪聲控制評價指標，即晝間噪聲（A 聲壓級）≤55 dB，夜間噪聲（A 聲壓級）≤45 dB。基于NVH 測試手段，采用聲源特性分析、傳遞路徑分析和因果圖分析方法，提出了5 種旅居車空調噪聲優化方案，其中加強空調外機支架強度方案可將空調噪聲從48.3 dB 降低到45.5 dB，噪聲優化的效果最顯著。

關鍵詞：旅居車；自行式C 型；空調噪聲

0 前言

旅居車簡稱為“房車”，是一種裝備有睡具（可由桌椅轉換而來）及其他必要的生活設施、用于旅行宿營的汽車，主要分為自行式和拖掛式兩大類［1-2］。自行式房車自身具備驅動力，又可分為自行式A 型、自行式B 型和自行式C 型房車；其中，自行式C 型房車是目前國內房車市場最受歡迎的房車類型。

近年來隨著國民收入水平不斷提高，人們的生活方式和消費結構呈現出多元化發展，在物質和時間上更自由的50 后和60 后人群的生活觀念悄然發生著變化，越來越多的老年人選擇房車出行方式。80 后和90 后也逐漸成為消費主力軍，年輕消費者試圖釋放新的消費需求。據統計，截止到2021 年12 月，國內房車保有量約28.8 萬輛［3］，中國的房車市場相較于歐洲和美國雖然起步較晚，但是發展潛力非常大。在國家相關部門和行業的努力下，中國的房車行業標準體系也在逐漸完善；為了促進房車行業快速健康發展，國家及地方政府也在不斷加快提高行業標準的步伐。

房車的使用場景與普通商務車的使用場景有著顯著的差異，由于房車內部有空調、暖風、水泵等裝置，尤其是在夜間睡眠場景下，如果噪聲控制不當，極易引起客戶不滿，短期的噪聲會影響睡眠，長期的噪聲甚至會影響身心健康。因此，房車的噪聲-振動-聲振粗糙度（NVH）性能是房車客戶最關注的性能之一。國內外學者在房車NVH 領域開展的研究極少，可以借鑒的經驗有限。因此，本文以某自行式C 型房車為例，綜合運用汽車噪聲控制、環境聲學等基本原理，以房車客戶實際使用場景為立足點，運用NVH 測試技術，開展房車NVH 性能研究，填補了房車NVH 性能領域研究的空白。

1 房車主噪聲源構成

為了能滿足客戶在出行中的衣食住行等要求，自行式C 型房車通常都會設置起居室、廚房、盥洗室、臥室等空間，同時車內會配備冷暖系統、整車水循環系統、通風循環系統和家電系統（包括洗衣機、微波爐、油煙機、冰箱等）。在滿足客戶對房車多種功能需求的情況下， 各系統獨立運轉或同時工作時必然會產生很多復雜的噪聲，進而會引起客戶對房車內部噪聲的不滿。因此，對房車內部各個系統進行噪聲源識別、噪聲測試、噪聲評價和噪聲優化是十分有必要的。

本研究自行式C 型房車的噪聲源由空調、暖風、水循環、通風和家電等五大系統的10 個聲源組成，聲源構成如圖1 所示。

空調系統的主要功能為酷熱氣候下降低房車內部溫度，其主要的噪聲源由空調外機工作噪聲引起；暖風系統的主要功能為寒冷氣候下升高房車內部溫度，其主要的噪聲源由鼓風機噪聲和駐車加熱器噪聲組成；水循環系統的主要功能是為全車提供整個水路的水循環，其主要噪聲源為水泵噪聲；通風系統的主要功能是為了實現車內與車外新鮮空氣的交換，其主要噪聲源由排風扇噪聲和新風噪聲組成；家電系統的主要噪聲源由洗衣機噪聲、微波爐噪聲、油煙機噪聲和冰箱噪聲組成。

2 聲源識別與噪聲測試

房車聲源較多，噪聲控制較為復雜，本文制定了一種房車內部噪聲的測試方法，通過對該車型的各噪聲源進行客觀測試，進一步識別房車主要噪聲源，并針對存在用戶不滿的噪聲進行聲源特性分析。

2. 1 NVH 測試系統

在房車行業，絕大多數改裝企業在房車NVH性能方面未進行系統化的控制，少數改裝企業會針對存在客戶不滿的噪聲采用手持式聲級計設備進行測試，但手持式聲級計測量結果誤差較大，無法進行聲源識別與聲源特性分析。

本研究采用Simcenter Acoustic Testing 聲學試驗與分析軟硬件系統作為NVH 測試系統，該系統測量精度高（測試誤差小于0.5 dB），可進行多通道倍頻程分析、聲源識別及聲品質分析等，是NVH 領域最專業的測試設備之一。該系統硬件部分主要由高精度前端數據采集系統和麥克風傳感器硬件組成，其中前端數據采集系統采樣率為51.2 kHz，每個通道的有效帶寬為21 kHz； 麥克風傳感器的溫度范圍為?40～+120 ℃。

2. 2 測試工況及傳感器位置

結合房車功能屬性和客戶使用場景，定義坐姿、臥姿和站姿3 種狀態分別為測點A、測點B、測點C，根據不同噪聲源的工作特點，差異化定義各聲源測試工況矩陣，見表1。

針對傳感器位置的設定，主要參考汽車行業車內噪聲測量方法中傳聲器位置的布置，分別對坐姿、臥姿和站姿3 個狀態對應的傳感器測量點進行規定。

坐姿狀態下傳感器測點A 相對于卡座的位置如圖2 所示，傳感器的垂直坐標是卡座座椅表面與靠背表面交線以上（0.70±0.05） m 處，水平坐標在2 個座椅的中心面上［4］。臥姿狀態下傳感器測點B相對于床的位置如圖3 所示，傳感器放在枕頭的中部以上（0.15±0.02） m 處。

站姿狀態下傳感器測點C 相對于房車內部地板平面的位置如圖4 所示，傳感器的垂直坐標在地板平面以上（1.6±0.1） m 處，水平坐標根據不同測量對象的位置選取。

2. 3 噪聲評估及測試

按照表1 的測試工況矩陣，使1～10 號噪聲源獨立運轉，分別對各聲源進行主觀評估和客觀測量，客觀測量使用Simcenter Acoustic Testing 聲學試驗與分析軟硬件系統，在測點A、測點B、測點C對應位置進行客觀噪聲測試，測點示意圖如圖5 所示。主觀評估方法的評分標準見表2［5］。

結合表1 工況矩陣開展主觀評估和客觀測試，結果見表3。

2. 4 噪聲識別

房車內部存在多種聲源，各個聲源工作時均會產生噪聲，當噪聲過大時會引起用戶不滿。目前，在房車NVH 領域，缺乏對房車內部噪聲明確的、量化的評價標準。本文結合對房車內部10 個主要噪聲源的客觀測試結果和主觀評估結果，參考國家環保機構對于聲環境質量標準的相關要求，制定該車型內部噪聲的客觀評價指標。

按照區域的使用功能特點和環境質量要求，房車內部的使用環境屬于1 類聲環境功能區［6］，即以居民住宅、醫療衛生、文化教育、科研設計、行政辦公為主要功能，需要保持安靜的區域。針對1 類聲環境功能區規定的環境噪聲等效聲壓級要求，即客觀評價指標推薦為：晝間噪聲（A 聲壓級）≤55 dB，夜間噪聲（A 聲壓級）≤45 dB，主觀評分≥7 分。按此標準對該車型車內10 個噪聲源進行綜合評估，其中：測點A 和測點C 的使用場景主要為晝間使用，其噪聲需要控制在55 dB 以下；測點B 的使用場景主要為夜間使用，其噪聲需要控制在45 dB 以下。

經評估，絕大部分聲源均滿足推薦的噪聲評價指標，其中空調噪聲在夜間使用場景下，測點B 的噪聲為48.3 dB，可能引起客戶不滿，因此需要對該聲源進行進一步的聲源特性分析和噪聲優化。

3 房車關鍵系統噪聲控制

房車內部聲源通常有10 個以上，每個聲源都有其復雜的聲學特性，以房車空調系統噪聲為例，介紹關鍵系統噪聲控制的研究方法，為房車內部其他聲源控制提供一套系統的分析思路。

針對該車型主要存在噪聲抱怨的聲源，開展對空調噪聲研究，主要從系統構成、聲源特性分析、優化方案及試驗驗證等方面展開研究。

3. 1 空調系統構成

空調系統主要由空調外機、空調管路、空調內機3 個部分組成，如圖6 所示，其主要的噪聲振動源為空調外機。

空調外機結構如圖7 所示，由空調壓縮機、空調壓縮機管路、冷卻風扇總成、空調外機殼體、空調外機支架組成。

3. 2 噪聲產生機理

空調振動噪聲的傳遞路線如圖8 所示。當空調工作時，主要的振動噪聲源為空調外機內部的壓縮機和冷卻風扇。圖8 中實線箭頭為壓縮機振動傳遞路徑，壓縮機振動一方面通過壓縮機懸置傳遞到空調外機殼體，然后經過橡膠墊塊將振動傳遞到空調外機支架，另一方面通過壓縮機管路直接傳遞到空調外機支架。2 條路徑傳遞的振動從空調外機支架通過連接螺栓傳遞到房車鋁地板。圖8 中虛線箭頭為冷卻風扇總成振動噪聲傳遞路徑，冷卻風扇振動直接傳遞到空調外機支架，通過橡膠墊塊傳遞到空調外機支架，進一步傳遞到房車鋁地板上。

對車內測點B 及圖8 中的關鍵傳遞路徑上的傳感器進行振動噪聲測量，并進行聲源特性分析及傳遞路徑分析。經測量，車內測點B 噪聲為48.3 dB，對應的車內噪聲云圖如圖9所示，主要抱怨頻率如圖中方框所示，噪聲主能量為40 Hz 聲能量。從振動源頭、傳遞路徑等角度分析噪聲產生的根本原因，空調噪聲影響因素如圖10 所示。

在激勵源方面，壓縮機激勵頻率為30～50 Hz。冷卻風扇為雙風扇，根據壓縮機的工作狀態不同，冷卻風扇分為2 檔。冷卻風扇檔位位于1 檔時2 個風扇的工作轉速為2 450 r/min，對應工作頻率為40.8 Hz；冷卻風扇檔位位于2 檔時2 個風扇的工作轉速為2 700 r/min，對應工作頻率為45 Hz。壓縮機和冷卻風扇工作頻率如圖11 所示。由圖11 可以看出：當壓縮機工作頻率在40 Hz 工作點、冷卻風扇檔位位于1 檔時，壓縮機和冷卻風扇的工作頻率都在40 Hz 附近，產生共振點。

在傳遞路徑方面，壓縮機管路、空調外機殼體和空調外機支架是3 個主要的振動傳遞路徑，可以通過加強結構和增加隔振角度進行優化。

3. 3 噪聲優化方案及效果

結合噪聲產生機理，基于激勵源和傳遞路徑分析，制定解決方案，見表4。

3. 3. 1 方案1

冷卻風扇檔位位于1 檔時，左右風扇的轉速均為2 450 r/min，對應的工作頻率為40.8 Hz，左右風扇之間自身會產生振動；當壓縮機工作頻率為40 Hz 的工作點時，振動進一步疊加并放大，進而引起噪聲加劇。因此可以通過優化冷卻風扇工作策略，將1 檔風的工作轉速進行調整，將左右風扇的轉速錯開。通過實際噪聲測量，方案1 的優化效果見表5。由表5 可以看出：該方案可將測點B 噪聲從48.3 dB 降低到46.9 dB，有效降低噪聲1.8 dB。

3. 3. 2 方案2

空調壓縮機的振動通過管路可以直接傳遞到空調外機殼體，因此在管路上進行振動的衰減也是潛在的解決方案。空調壓縮機主要的管路有吸氣管和排氣管，原始狀態吸氣管和排管均是5 層管，管子剛度較大。從振動衰減的角度分析，減小管子剛度可以在一定程度上提高管路隔振效果。將吸氣管從5 層改為3 層，將排氣管從5 層改為4 層，可以有效降低管子剛度，進而增強振動的衰減。通過實際噪聲測量，方案2 的優化效果見表6。由表6 可以看出：該方案可將測點B 噪聲從48.3 dB 降低到47.5 dB，有效降低噪聲0.8 dB。

3. 3. 3 方案3

空調外機殼體由3 個部分組成，分別為頂蓋板、外殼板和底板，如圖12 所示。空調外機殼體是空調壓縮機和冷卻風扇的載體，2 個主要激勵源都是通過該殼體將振動向上傳遞的，因此加強殼體強度可以在一定程度上衰減振動的傳遞。

通過實際噪聲測量，方案3 的優化效果見表7。由表7 可以看出：該方案可將測點B 噪聲從48.3 dB降低到46.8 dB，有效降低噪聲1.5 dB。

3. 2. 4 方案4

空調外機框架是承載空調外機總成與鋁底板連接的核心結構，其強度直接影響整個系統的振動噪聲水平，因此加強支架強度可有效衰減振動的傳遞。空調外機支架優化前后結構對比如圖13 所示。通過實際噪聲測量，方案4 的優化效果見表8。由表8 可以看出：該方案可將測點B 噪聲從48.3 dB 降低到45.5 dB，有效降低噪聲2.8 dB。

3. 3. 5 方案5

空調外機殼體與空調外機支架之間僅用墊塊安裝，墊塊幾乎沒有隔振作用。從振動衰減角度分析，在空調外機殼體與空調外機支架之間安裝1 個橡膠懸置可在一定程度上衰減振動的傳遞，如圖14所示。

通過實際噪聲測量，方案5 的優化效果見表9。由表9 可以看出：該方案可將測點B 噪聲從48.3 dB降低到47.1 dB，有效降低噪聲1.2 dB。

各方案效果匯總見表10。由表10 可以看出：各個方案均能不同程度地降低噪聲，可結合更改難度和更改成本在各個方案中有選擇性地實施或組合實施，以達到有效降低噪聲的目的。

4 結論

綜上所述，對某自行式C 型房車進行NVH 性能研究，可以得出以下結論：

（1） 結合房車功能屬性和客戶使用場景，根據不同噪聲源的工作特點差異化定義了房車10 個主要聲源評估測試工況矩陣，并測量了各主要聲源工作時對應的車內噪聲測點A、B、C 的噪聲水平，其中空調噪聲測點B 的噪聲達48.3 dB，會引起客戶不滿。

（2） 結合客觀測試和主觀評估，按區域使用功能特點和環境質量要求，制定了房車內部噪聲控制評價指標：測點A、測點C 的噪聲聲壓級≤55 dB，測點B 的噪聲聲壓級≤45 dB。

（3） 以房車空調系統噪聲控制研究為例，提出了5 種噪聲優化方案，其中加強空調外機支架強度方案的優化效果最顯著，可將空調噪聲從48.3 dB降低到45.5 dB。

本研究為房車內部聲源控制提供了一套系統化的控制方法，可為國內自行式C 型房車產品的NVH 性能開發與控制提供參考。

參考文獻

［ 1 ］ 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局， 中國國家標準化管理委員會. 機動車運行安全技術條件：GB 7258—2017[S]. 北京：中國標準出版社，2017.

［ 2 ］ 中華人民共和國公安部. 道路交通管理 機動車類型：GA 802—2019[S]. 北京：中國標準出版社， 2019.

［ 3 ］ 觀研報告網. 中國房車行業發展趨勢分析與投資前景研究報告（2023—2030 年）[EB/OL].（2023-05-12） [2023-05-19]. https：//www.bilibili.com/read/cv23629880.

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