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(xué)機械工程學(xué)院，四川 成都 610031）

1 引言

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

2 空調(diào)系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生機理

汽車空調(diào)系統(tǒng)噪聲包括汽車空調(diào)開啟時產(chǎn)生的車內(nèi)沖擊噪聲，即吸合噪聲，和空調(diào)穩(wěn)定運行后產(chǎn)生的車內(nèi)持續(xù)性噪聲，即運行噪聲[4]。

2.1 壓縮機吸合噪聲的產(chǎn)生機理

壓縮機吸合時，皮帶輪里鑲嵌的電磁線圈通電產(chǎn)生磁場，將壓盤吸附在皮帶輪上，帶動輸入軸旋轉(zhuǎn)，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(dǎo)致壓縮機振動劇烈，同時產(chǎn)生噪聲，因此在壓縮機剛吸合的瞬間，車內(nèi)會有噪聲突變。

圖1 汽車空調(diào)壓縮機離合器示意圖

2.2 空調(diào)系統(tǒng)工作噪聲產(chǎn)生機理

空調(diào)系統(tǒng)工作時，斜盤式壓縮機被發(fā)動機帶輪帶動，若干個活塞在其軸向進行往復(fù)運動，壓縮冷媒、改變冷媒物態(tài)。在此過程中，活塞的往復(fù)對缸體的往復(fù)沖擊作用，產(chǎn)生機械噪聲，透過前圍向車內(nèi)輻射，同時也會引起壓縮機的振動，通過空調(diào)管路傳遞到蒸發(fā)器和車身，在車內(nèi)產(chǎn)生噪聲。當(dāng)空調(diào)工作時，若管路系統(tǒng)隔振不足，可能導(dǎo)致車內(nèi)噪聲過大。

壓縮機的振動，不僅僅只由其內(nèi)部活塞往復(fù)運動引起；由于壓縮機通過支架固定在發(fā)動機機體上，發(fā)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(tài)頻率與發(fā)動機的激勵頻率接近，也同樣會導(dǎo)致壓縮機產(chǎn)生共振，加劇振動[5]。

此外，車輛在使用過程中，內(nèi)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(dǎo)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(diào)系統(tǒng)噪聲測試分析與研究

根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)噪聲產(chǎn)生機理分析，對空調(diào)系統(tǒng)幾個關(guān)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(yīng)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(shè)定為空調(diào)由關(guān)到開的過渡工況，測試結(jié)果如圖2 至圖7 所示。

圖2 空調(diào)打開過程壓縮機本體振動

圖3 空調(diào)打開過程壓縮機支架振動

圖4 空調(diào)打開過程低壓管振動

圖5 空調(diào)打開過程高壓管振動

圖6 空調(diào)打開過程膨脹閥出口處振動

從圖7 可看出，空調(diào)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(xiàn)峰值，駕駛員右耳處同時出現(xiàn)峰值，且開空調(diào)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(diào)系統(tǒng)各點的振動在吸合后大幅增加，穩(wěn)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(jīng)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(nèi)空調(diào)單元，這表明膨脹閥振動較大可能是引起車內(nèi)噪聲增加的直接原因。

根據(jù)上述機理分析和數(shù)據(jù)采集摸底可知，造成該樣車空調(diào)運行異響的原因可能有：

（1）壓縮機離合器減緩沖擊不足，導(dǎo)致吸合時壓縮機振動劇烈。

樣車搭載的空調(diào)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(dǎo)致振動經(jīng)空調(diào)管路傳遞到空調(diào)單元，在車內(nèi)形成“吸合噪聲”。

（2）壓縮機支架剛度不夠，導(dǎo)致支架與發(fā)動機共振，引發(fā)壓縮機劇烈振動。

經(jīng)對壓縮機支架進行模態(tài)測試，得到其固有頻率為387Hz，樣車怠速時，發(fā)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(diào)管路固定不當(dāng)，管夾無隔振處理措施。

如圖8 所示，空調(diào)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(guī)則流量和壓力變化產(chǎn)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(fā)現(xiàn)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(dǎo)致了空調(diào)穩(wěn)定工作時噪聲過大。

圖8 空調(diào)系統(tǒng)管路狀態(tài)

4 空調(diào)系統(tǒng)噪聲控制方案及驗證

4.1 控制方案

根據(jù)對空調(diào)壓縮機吸合噪聲及運行噪聲產(chǎn)生根源分析，現(xiàn)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(nèi)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(diào)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(diào)系統(tǒng)中進行驗證。

4.2.1 管路消聲器效果驗證

在空調(diào)低壓管上添加消聲器，測試空調(diào)由關(guān)到開的過程，測試結(jié)果跟原狀態(tài)對比如圖11~16 所示。

圖11 空調(diào)打開過程壓縮機本體振動

圖12 空調(diào)打開過程壓縮機支架振動

由測試對比結(jié)果可看出，添加管路消聲器之后，空調(diào)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(wěn)定工作后空調(diào)系統(tǒng)各處的振動大幅下降，車內(nèi)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(yōu)化效果。車內(nèi)主觀感受壓縮機穩(wěn)定運行后，車內(nèi)噪聲明顯改善，但仍有明顯的吸合噪聲。

圖13 空調(diào)打開過程低壓管振動

圖14 空調(diào)打開過程高壓管振動

圖15 空調(diào)打開過程膨脹閥出口振動

圖16 空調(diào)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(diào)開啟過程噪聲測試，所得車內(nèi)噪聲及壓縮機近場噪聲如圖17 所示。

圖17 空調(diào)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(diào)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(nèi)主觀感受基本無吸合噪聲，穩(wěn)定運行后噪聲水平無明顯變化。

5 總結(jié)

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

（1）空調(diào)壓縮機吸合時，由于離合器瞬間接觸會產(chǎn)生機械沖擊，經(jīng)由空調(diào)管路傳遞到空調(diào)單元，在車內(nèi)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(diào)剛打開時的吸合噪聲。

（2）空調(diào)在穩(wěn)定運行過程中，由于車輛內(nèi)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(dǎo)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(nèi)增加車內(nèi)噪聲；通過在空調(diào)低壓管路上添加消聲器，有效降低了空調(diào)運行時的車內(nèi)噪聲。