純電動(dòng)客車空調(diào)系統(tǒng)噪聲分析與改進(jìn)

趙世宜

(比亞迪汽車工業(yè)有限公司，廣東深圳 518118)

純電動(dòng)客車車內(nèi)噪聲源主要有驅(qū)動(dòng)電機(jī)、空調(diào)、傳動(dòng)系統(tǒng)及高速行駛時(shí)的風(fēng)噪等。與燃油車相比，其空調(diào)噪聲更加凸顯，乘客主觀感受更為強(qiáng)烈。純電動(dòng)客車空調(diào)系統(tǒng)在高擋位工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較明顯的車內(nèi)噪聲，在南方天氣炎熱的城市，空調(diào)長期高負(fù)荷工作產(chǎn)生的噪聲較易被乘員識(shí)別，常引起心情煩躁等負(fù)面情緒。純電動(dòng)客車空調(diào)系統(tǒng)噪聲問題已經(jīng)引起各汽車廠家與學(xué)術(shù)界的廣泛研究［1－4］。

本文對(duì)引起純電動(dòng)客車空調(diào)系統(tǒng)噪聲的因素進(jìn)行分析，并采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，從而大大降低車內(nèi)噪聲。

1 純電動(dòng)客車空調(diào)系統(tǒng)噪聲分析

空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、冷凝風(fēng)扇等工作時(shí)，其內(nèi)部同時(shí)存在氣體和液體，使得氣體噪聲、固體噪聲以及液體噪聲同時(shí)存在?？照{(diào)制冷的高速壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)扇及鼓風(fēng)機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)噪聲的最主要來源。對(duì)某純電動(dòng)客車進(jìn)行主觀評(píng)價(jià):在周圍環(huán)境安靜時(shí)，整車定置工況下關(guān)閉空調(diào)及所有其他車用電器后，車內(nèi)噪聲較小;開啟鼓風(fēng)機(jī)后，車內(nèi)噪聲增大;當(dāng)空調(diào)壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)扇工作時(shí)，車內(nèi)噪聲明顯增大;當(dāng)空調(diào)開至最高擋時(shí)，鼓風(fēng)機(jī)高轉(zhuǎn)速工作，車內(nèi)空調(diào)回風(fēng)口下方可明顯感受到氣流風(fēng)噪聲，車內(nèi)噪聲較大，嚴(yán)重影響車內(nèi)乘客乘坐舒適性。

對(duì)上述純電動(dòng)客車在整車定置狀態(tài)下，開啟空調(diào)制冷最低擋、最高擋兩種狀態(tài)，分別測(cè)量車內(nèi)空調(diào)回風(fēng)口下方中排座椅及后排座椅乘員右耳處噪聲。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集用LMS公司的MC01系統(tǒng)，分析軟件用LMS公司TEST．LAB 14中signature testing，測(cè)試中噪聲傳感器分別在中、后排乘客座椅右上方布點(diǎn)，具體布置如圖1所示，車內(nèi)空調(diào)處于制冷最低擋及最高擋時(shí)中、后排座椅乘員右耳處噪聲測(cè)試結(jié)果如圖2和圖3所示。

從測(cè)試結(jié)果看，其噪聲頻率范圍分布較廣，既有中低頻噪聲(1 000 Hz以內(nèi))，也有中高頻噪聲(1 000 Hz以上)。車內(nèi)中排座椅處于噪聲主要傳遞路徑的空調(diào)的回風(fēng)口下方，在空調(diào)制冷最低擋、最高擋時(shí)，其位置噪聲均高于后排座椅位置噪聲。從空調(diào)制冷最低擋到最高擋，空調(diào)壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、冷凝風(fēng)扇等的轉(zhuǎn)速大幅提高，測(cè)試結(jié)果顯示，最高擋時(shí)中、后排噪聲高幅值頻率較最低擋時(shí)大幅提高，其最高擋同頻率噪聲聲壓級(jí)也均高于最低擋位。

圖1 車內(nèi)噪聲測(cè)試噪聲傳感器布點(diǎn)

圖2 空調(diào)制冷最低擋車內(nèi)中、后排噪聲

圖3 空調(diào)制冷最高擋車內(nèi)中、后排噪聲

2 改進(jìn)方案及效果

從圖2可知，空調(diào)制冷最低擋時(shí)，壓縮機(jī)與鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低，各出風(fēng)口氣流速度較低，車內(nèi)測(cè)點(diǎn)頻率在0～200 Hz范圍的噪聲幅值較高，車內(nèi)噪聲主要來自壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)及冷凝風(fēng)扇等低速轉(zhuǎn)動(dòng)引起的低頻噪聲。從圖3可知，空調(diào)系統(tǒng)在制冷高擋位時(shí)，壓縮機(jī)與鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速較高，各出風(fēng)口氣流速度較高，車內(nèi)測(cè)點(diǎn)頻率在0～800 Hz范圍內(nèi)噪聲幅值較高，噪聲頻率明顯提高，車內(nèi)噪聲主要來自壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)及冷凝風(fēng)扇等高速轉(zhuǎn)動(dòng)引起的高頻噪聲，同時(shí)因各出風(fēng)口風(fēng)速提高較大也引起了明顯氣流噪聲。

該純電動(dòng)客車的頂圍蒙皮及空調(diào)系統(tǒng)外殼都是薄板件結(jié)構(gòu)。鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)等工作引起的振動(dòng)使得這些金屬、非金屬板件發(fā)生相應(yīng)頻率的振動(dòng)，輻射出較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)噪聲。而原結(jié)構(gòu)未采取吸隔音減振降噪措施。

由于空調(diào)系統(tǒng)噪聲源的復(fù)雜性，根據(jù)上文測(cè)試的車內(nèi)噪聲頻率分布特點(diǎn)及引起車內(nèi)噪聲的主要原因，客車車內(nèi)降噪需要的理想的聲學(xué)處治不是減振［5］、隔音、吸音產(chǎn)品的分別粘貼，而是將阻尼材料、隔音材料及吸音材料進(jìn)行組合應(yīng)用。

在對(duì)整車定置狀態(tài)下空調(diào)制冷最低擋、最高擋車內(nèi)噪聲測(cè)試及分析基礎(chǔ)上，下面分別對(duì)空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)［6］、鼓風(fēng)機(jī)及空調(diào)回風(fēng)口實(shí)施噪聲傳遞路徑上的吸隔音方案。

2.1 壓縮機(jī)降噪改進(jìn)方案

壓縮機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)的主要振動(dòng)噪聲源，壓縮機(jī)噪聲的頻譜范圍廣，且存在低頻噪聲，綜合考慮粘貼阻尼片衰減振動(dòng)能量及吸隔音材料隔離、吸收噪聲為主［7－10］，在其安裝面貼阻尼片及隔音片，在壓縮機(jī)安裝面空腔周圍貼吸音棉，在壓縮機(jī)周圍形成隔振降噪聲學(xué)包(聲學(xué)包由吸音層、隔音層和阻尼層組成)，圖4為空調(diào)壓縮機(jī)聲學(xué)包裹方案。

圖4 空調(diào)壓縮機(jī)聲學(xué)包

1)減振是在振源與其他零部件的連接部位上安裝彈性和阻尼材料，衰減振動(dòng)能量的傳遞，來實(shí)現(xiàn)減振降噪的目的。阻尼材料有瀝青基阻尼片、丁基膠阻尼片和水性阻尼涂料，文中所用阻尼材料為耐老化的丁基阻尼材料，阻尼因子≥0.2，其溫度適用范圍為－50～60℃。

2)隔音是用隔音材料把聲腔與聲源隔離，使聲源輻射的噪聲不能通過空氣傳輸直接傳播到聲腔之內(nèi)，達(dá)到降低車內(nèi)噪聲的目的。圖5為本文降噪用隔音材料及其隔音量曲線，其平均隔音量達(dá)35.7 dB。

圖5 隔聲量曲線

3)吸音是在聲腔內(nèi)粘貼吸音材料，吸收入射聲波能量、改變聲波的傳播方向、減少聲波反射。合理地選擇和布置吸音材料能取得良好的車內(nèi)吸音降噪，降低混響聲的作用。本文所用材料是低密度聚氨酯硬泡材料，屬于多孔輕質(zhì)吸音材料［11］，圖6為其吸音系數(shù)曲線。

圖6 吸聲系數(shù)曲線

2.2 鼓風(fēng)機(jī)降噪改進(jìn)方案

鼓風(fēng)機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)的重要振動(dòng)噪聲源，圖7為空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)聲學(xué)包方案，在其安裝面貼阻尼片及隔音片，在鼓風(fēng)機(jī)周圍形成隔振降噪聲學(xué)包(聲學(xué)包由隔音層和阻尼層組成)。

圖7 空調(diào)鼓風(fēng)機(jī)聲學(xué)包

2.3 空調(diào)回風(fēng)口降噪改進(jìn)方案

回風(fēng)口是空調(diào)系統(tǒng)與車內(nèi)噪聲傳播的重要通道［12］，在其回風(fēng)口安裝導(dǎo)風(fēng)罩，在導(dǎo)風(fēng)罩外表面貼吸音海綿，在蒸發(fā)器與空調(diào)外蓋間貼吸音棉，通過導(dǎo)風(fēng)罩減少回風(fēng)口流場(chǎng)渦流，通過粘貼吸音棉降低回風(fēng)口氣體流動(dòng)噪聲及通過回風(fēng)口傳播的噪聲。圖8為空調(diào)回風(fēng)口導(dǎo)風(fēng)罩及吸音方案(聲學(xué)包是由吸音層組成)。

圖8 空調(diào)回風(fēng)口降噪方案

2.4 改進(jìn)后車內(nèi)噪聲測(cè)試

為驗(yàn)證某純電動(dòng)客車空調(diào)系統(tǒng)實(shí)施上述降噪方案后的效果，試驗(yàn)測(cè)試整車定置狀態(tài)下空調(diào)系統(tǒng)制冷最低擋、最高擋車內(nèi)中、后排座椅噪聲，空調(diào)制冷最高擋中排試驗(yàn)對(duì)比測(cè)試結(jié)果如圖9所示。

圖9 改進(jìn)前后空調(diào)制冷最高擋中排座椅噪聲結(jié)果

上述測(cè)試結(jié)果表明，車內(nèi)噪聲特別是中高頻噪聲總體降低較為明顯，中排座椅位置降噪效果相對(duì)后排座椅位置更為顯著。在空調(diào)制冷最高擋時(shí)，中排座椅位置噪聲值降低了3.9 dB(A)，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)主觀感受亦感到噪聲明顯降低，聲品質(zhì)上升，語言清晰度明顯改善，達(dá)到了空調(diào)系統(tǒng)降噪的預(yù)期目標(biāo)。

3 結(jié)束語

上述試驗(yàn)研究表明，在不能降低純電動(dòng)客車空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)及冷凝風(fēng)機(jī)本體噪聲時(shí)，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)壓縮機(jī)、冷凝風(fēng)機(jī)及鼓風(fēng)機(jī)用阻尼片、隔音片及吸音棉進(jìn)行吸隔音處理，采用上述降噪方案是有效且可行的。主觀評(píng)價(jià)表明降噪后車內(nèi)噪聲明顯降低、聲品質(zhì)上升，語言清晰度改善明顯。

修改稿日期:2018－05－08