暖通箱異響噪聲的診斷與研究

黃麗那，李未，藍(lán)志坤，孫冰寒，李俊

（1.長春大學(xué)，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(diào)系統(tǒng)為乘客提供了舒適和安全的乘坐環(huán)境，暖通箱則該系統(tǒng)起著重要作用，它是保證車內(nèi)溫度、濕度適宜以及和整車的良好通風(fēng)性能的主要部件，伴隨著暖通空調(diào)系統(tǒng)的使用，它的工作噪聲也會隨之產(chǎn)生[1]，如果噪聲水平超過一定范圍，會嚴(yán)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(jī)械噪聲、共振噪聲等，根據(jù)噪聲源的分配原則[2]：在穩(wěn)定的氣流質(zhì)量流量前提下，進(jìn)口壓力較低時，氣動噪聲是噪聲源的主要來源，而進(jìn)口壓力較高時，鼓風(fēng)機(jī)噪聲成為了主要噪聲源，因此，鼓風(fēng)機(jī)噪聲可直接影響車內(nèi)聲品質(zhì)。本文對國內(nèi)某款車型在試制作過程中出現(xiàn)怠速時暖通空調(diào)系統(tǒng)異響問題進(jìn)行了診斷，并采取主觀排查法、整車試驗(yàn)法和單體試驗(yàn)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(diào)系統(tǒng)，低檔位時刻車內(nèi)存在明顯噪聲問題，且伴隨嘯叫聲，調(diào)整車輛狀態(tài)即保證車輛水溫表正常，風(fēng)扇未啟動，關(guān)閉車窗、車門，空調(diào)模式內(nèi)循環(huán)，采取主觀評價方法初步判斷噪聲源如下：

1）試驗(yàn)車輛怠速，暖通空調(diào)系統(tǒng)未開啟，無異響；

2）試驗(yàn)車輛熄火，開啟暖通空調(diào)系統(tǒng)，存在異響，噪聲源存在于暖通空調(diào)系統(tǒng)；

3）試驗(yàn)車輛熄火，關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)，開啟空調(diào)系統(tǒng)，無異響，判斷噪聲源為鼓風(fēng)機(jī)。

2 整車試驗(yàn)法

2.1 試驗(yàn)工況

經(jīng)過主觀排查法明確車內(nèi)暖通箱噪聲由鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生，通過問題工況和整車客觀目標(biāo)制定進(jìn)一步查找鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)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(nèi)耳接車內(nèi)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(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速便于測量加速工況。整車怠速狀態(tài)，應(yīng)用萬用表測量各個模式下鼓風(fēng)機(jī)端電壓與電流，并記錄，暖通系統(tǒng)通過直流穩(wěn)壓電源供電，調(diào)節(jié)電源的輸出電壓和輸出電流，使得鼓風(fēng)機(jī)端電壓、電流與整車保持一致，應(yīng)用軟件采集傳感器布置點(diǎn)的數(shù)據(jù)。

圖1 傳聲器布置

2.3 試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 常速工況

由于目標(biāo)檔位信息與試驗(yàn)車輛檔位信息有偏差，采用曲線擬合數(shù)學(xué)多項(xiàng)式方法將問題模式下的鼓風(fēng)機(jī)各個檔位與目標(biāo)進(jìn)行對比，如圖2給出功率與噪聲關(guān)系曲線，每個數(shù)據(jù)點(diǎn)橫坐標(biāo)代表后暖通各個檔位的功耗值，鼓風(fēng)機(jī)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(biāo)水平，說明異響問題在于鼓風(fēng)機(jī)低檔狀態(tài)噪聲偏大，圖3低檔狀態(tài)FFT圖示可以看出，總聲壓級高于目標(biāo)值由于鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)的第24和36階次噪聲在500 Hz和750Hz高于目標(biāo)10dB(A)所致。

圖2 功率與噪聲關(guān)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(xiàn)第1階次、24階次和36階次問題，產(chǎn)生第24、36階階次噪聲由于電機(jī)導(dǎo)致，由于電機(jī)采用12棘爪產(chǎn)生的階次，而在第24階次在鼓風(fēng)機(jī)1600rpm轉(zhuǎn)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(xiàn)，尤其 24階和 36階階次噪聲峰值未超出相鄰包絡(luò)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(yàn)法

3.1 試驗(yàn)工況

針對整車試驗(yàn)得到的結(jié)論，問題出現(xiàn)在鼓風(fēng)機(jī)低檔位狀態(tài)下電機(jī)產(chǎn)生的階次噪聲導(dǎo)致，通過鼓風(fēng)機(jī)單體試驗(yàn)選擇該問題檔位下穩(wěn)速工況，建立風(fēng)量與噪聲的關(guān)系，判斷噪聲問題是否由于風(fēng)量大于目標(biāo)值導(dǎo)致。

3.2 傳感器布置

圖6 傳感器布置

將傳聲器放置在鼓風(fēng)機(jī)側(cè)距離鼓風(fēng)機(jī)平面、地面平面1m位置見圖6傳聲器布置。鼓風(fēng)機(jī)端電壓、電流與整車試驗(yàn)保持一致。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

圖7 風(fēng)量與噪聲關(guān)系曲線

整車試驗(yàn)中采用鼓風(fēng)機(jī)功率近似原則對比問題工況鼓風(fēng)機(jī)與目標(biāo)差別，單體試驗(yàn)中為排除問題工況受風(fēng)量影響因素，由于風(fēng)量越大，產(chǎn)生噪聲水平越高[4]。單體試驗(yàn)在問題工況下得到的風(fēng)量差別見圖7風(fēng)量與噪聲關(guān)系曲線所示，橫坐標(biāo)代表鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量，縱坐標(biāo)代表噪聲總聲壓值，相同端電壓穩(wěn)態(tài)工況下，問題工況下試驗(yàn)樣車的風(fēng)量低于目標(biāo)0.2m3/min，但是噪聲水平卻高于目標(biāo)值，而在相同風(fēng)量下，問題工況下的試驗(yàn)樣車噪聲高于目標(biāo)值，說明該問題工況下，試驗(yàn)車輛鼓風(fēng)機(jī)異響由電機(jī)階次噪聲導(dǎo)致。

4 結(jié)束語

本文通過整車主觀排查法、整車試驗(yàn)法和單體試驗(yàn)法三種方法的相互結(jié)合發(fā)現(xiàn)暖通箱異響噪聲源于 24階階次鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)噪聲，并且在鼓風(fēng)機(jī)1600rpm時共振，從而明確噪聲來源。采用三種方法的結(jié)合，不僅僅用于查找車內(nèi)暖通箱異響噪聲，更利于汽車暖通箱在開發(fā)過程早期能發(fā)現(xiàn)噪聲問題，盡早的解決問題，尤其在設(shè)計(jì)前期，單體試驗(yàn)即可初步明確暖通箱噪聲與風(fēng)量的關(guān)系，對設(shè)計(jì)指導(dǎo)起到一定輔助作用，再在此基礎(chǔ)上，判斷暖通箱噪聲在整車中目標(biāo)水平，為汽車試驗(yàn)開發(fā)過程提供方法支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 顧燦松.汽車空調(diào)異響引起的汽車車內(nèi)噪聲與解決[J].汽車技術(shù),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(xué)手冊[M].北京科學(xué)出版社2004.7

[4] 劉橋梁,馮成閣等.空調(diào)風(fēng)機(jī)噪聲的產(chǎn)生機(jī)理及控制途徑[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2014（04）.