空調(diào)出風(fēng)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(tuán)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(dòng)噪聲、電磁噪聲和機(jī)械噪聲等，對(duì)于噪聲控制方法有眾多文獻(xiàn)對(duì)其進(jìn)行研究，其噪聲性能好壞對(duì)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(bào)告中，鼓風(fēng)機(jī)噪聲大問題經(jīng)常排在各車型問題排行榜前列。對(duì)報(bào)告中抱怨較多的本品某車型用戶原話進(jìn)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(fēng)的時(shí)候有明顯的“沙沙”音。本文通過對(duì)“沙沙”音的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)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(gè)空調(diào)箱分別為前排和中后排乘客送風(fēng)，后空調(diào)系統(tǒng)組成見圖1。后空調(diào)吹面風(fēng)道在頂棚上共設(shè)置有4個(gè)出風(fēng)口，其吹面模式出風(fēng)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(fēng)示意圖

怠速工況單獨(dú)開啟后空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)做噪聲主觀評(píng)價(jià)，在吹面模式下，當(dāng)風(fēng)量開到5擋及以上擋位時(shí)，在車內(nèi)不同位置都能聽到后空調(diào)出風(fēng)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(duì)某參考車進(jìn)行評(píng)價(jià)，其各風(fēng)量擋位“沙沙”雜音問題均不明顯，出風(fēng)聲音品質(zhì)明顯優(yōu)于本品車，為調(diào)查該雜音問題進(jìn)行下述分析及研究。

1.1 數(shù)據(jù)采集

基于主觀評(píng)價(jià)該問題在后空調(diào)出風(fēng)口位置附近更明顯，且聲音頻率較高，為準(zhǔn)確還原人耳對(duì)聲音的實(shí)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(fēng)機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，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(diǎn)布置見圖3。

圖3 測點(diǎn)布置圖

以該問題最突出的怠速工況7擋風(fēng)量為目標(biāo)工況，分別對(duì)本品車及參考車進(jìn)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(fēng)口一側(cè)的外耳測點(diǎn)為參考進(jìn)行頻譜對(duì)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(duì)比可以看出，本品車7擋中排外耳總聲壓級(jí)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(duì)3000～5000Hz頻段進(jìn)行濾波后回放，確認(rèn)本品車出風(fēng)口“沙沙”音主要為該頻段影響。

由于聲壓級(jí)大小的差異不能客觀反映“沙沙”音問題的嚴(yán)重程度，需要針對(duì)該問題點(diǎn)采用合適的客觀指標(biāo)進(jìn)行量化。參考人工頭外耳測點(diǎn)對(duì)原始時(shí)域信號(hào)進(jìn)行相關(guān)心理聲學(xué)指標(biāo)計(jì)算和整理，心理聲學(xué)指標(biāo)對(duì)比見表1，發(fā)現(xiàn)尖銳度指標(biāo)可以較好量化該問題。

表1 中排鼓風(fēng)機(jī)側(cè)外耳心理聲學(xué)指標(biāo)對(duì)比

2 原因分析

通過對(duì)比本品車鼓風(fēng)機(jī)4擋及以上風(fēng)量三分之一倍頻程頻譜圖，如圖5所示。發(fā)現(xiàn)隨風(fēng)量擋位增加，4000Hz頻帶逐漸凸顯。鼓風(fēng)機(jī)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(píng)價(jià)鼓風(fēng)機(jī)6擋、7擋“沙沙”音更明顯，推斷出風(fēng)口“沙沙”音與風(fēng)速相關(guān)。

圖5 中排外耳噪聲三分之一倍頻程

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

圖6 本品車出風(fēng)口速度云圖

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

3 優(yōu)化方案提出及效果驗(yàn)證

3.1 優(yōu)化方向分析

出風(fēng)口風(fēng)速主要受鼓風(fēng)機(jī)擋位電壓、風(fēng)道截面形狀和風(fēng)道分風(fēng)條影響。降低鼓風(fēng)機(jī)擋位電壓會(huì)影響空調(diào)風(fēng)量，受布置空間約束風(fēng)道截面也無法調(diào)整，所以優(yōu)化方案選擇對(duì)風(fēng)道分風(fēng)條進(jìn)行調(diào)整。

3.2 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

參考原狀態(tài)風(fēng)口附近速度矢量圖，對(duì)風(fēng)道分風(fēng)條進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，優(yōu)化方案如圖7所示。

圖7 風(fēng)道優(yōu)化前后對(duì)比

優(yōu)化后，風(fēng)口平均壓損基本相當(dāng)，評(píng)估對(duì)風(fēng)量無影響。第3排出風(fēng)口風(fēng)速降低明顯，最高風(fēng)速由原來約23m/s降低至約18m/s，風(fēng)速對(duì)比見圖8所示。

圖8 優(yōu)化風(fēng)道分風(fēng)條出風(fēng)口速度云圖

3.3 優(yōu)化方案效果驗(yàn)證

將優(yōu)化方案制作成樣件進(jìn)行測試對(duì)比，其噪聲頻譜對(duì)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(píng)價(jià)鼓風(fēng)機(jī)7擋風(fēng)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(duì)比

4 結(jié)語

后空調(diào)風(fēng)道受布置約束，空調(diào)風(fēng)管與風(fēng)口出風(fēng)方向接近垂直，導(dǎo)致氣流容易在風(fēng)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(fēng)量的前提下，通過優(yōu)化風(fēng)道分風(fēng)條改善出風(fēng)口風(fēng)速均勻性，可以降低出風(fēng)口風(fēng)速，從而實(shí)現(xiàn)改善出風(fēng)口“沙沙”雜音的目的。本文為解決后空調(diào)出風(fēng)口聲品質(zhì)問題提供了一種參考方案。