空調(diào)管路降噪優(yōu)化方案研究

張建國 俞曉勇

摘要：針對兩臺車型空調(diào)系統(tǒng)噪音大的問題，分別進(jìn)行分析，均為空調(diào)低壓管振動大造成的。對第一臺車的空調(diào)低壓管進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，通過振動傳遞性的測試方法確定了更換膠管材料和增加膠管長度的優(yōu)化方案。并在此基礎(chǔ)上在管路中增加了消音器。對第二臺車的空調(diào)低壓管進(jìn)行了增加配重塊的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。兩臺車的優(yōu)化方案通過試驗驗證，明顯降低了車內(nèi)的噪音，極大地改善了乘車的舒適性。

主題詞：汽車空調(diào);降噪 膠管;消音器;配重塊

中圖分類號：U463.85+1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1005-2550（2021）002-0076-04

Abstract： Aiming at the problem of high noise of air conditioning system of two vehicle models， Analysis， respectively， For air conditioning caused by the low pressure pipe vibration. The first vehicle air conditioning the structure analysis of low pressure pipe. Change was determined and increasing the length of hose optimization scheme by the test method of the vibration transmissibility hose materials. And to add the muffler in the pipeline. add the counter weight in air conditioning low pressure pipe on the second vehicle. The two vehicle pass the optimized plan for the test， significantly reduced the noise of the car. Greatly improve the ride comfort.

Key Words： Vehicle AC; The Noise Reduction; Hose; Muffler; Counter Weight

引? ? 言

汽車空調(diào)的噪聲是用戶比較關(guān)注的問題，因此空調(diào)系統(tǒng)降噪對于提高車內(nèi)成員的舒適度非常重要。壓縮機(jī)是汽車空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)重要的振動源[1-2]。汽車空調(diào)管路是空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)冷媒流動的通道，直接傳遞著壓縮機(jī)工作時的振動。因此，空調(diào)管路的減震結(jié)構(gòu)設(shè)計[3-4]對降低車內(nèi)噪音至關(guān)重要。下面以兩個實車案例分析空調(diào)管路結(jié)構(gòu)對空調(diào)系統(tǒng)降噪的影響。

1? ? 膠管和消音器對降噪的影響

某車型在設(shè)計初期，怠速開啟空調(diào)時，在發(fā)動機(jī)、電子扇等部件的共同作用下，導(dǎo)致車內(nèi)聲壓級較高。車內(nèi)前后排均有明顯的耳膜壓迫感，同時，壓縮機(jī)支架振動也比較大。車內(nèi)測得的總聲壓級為51.04dB（A）。測試發(fā)現(xiàn)在150Hz～200Hz頻率段車內(nèi)噪聲存在較大峰值，同時空調(diào)低壓管的振動在此頻率段同樣存在峰值?？照{(diào)低壓管平均振動加速度和車內(nèi)噪音在150Hz～200Hz頻率段測試結(jié)果如圖1所示

對圖1進(jìn)行分析，初步推斷空調(diào)低壓管振動大是引起車內(nèi)噪聲在150Hz～200Hz頻率段出現(xiàn)峰值的主要原因。

空調(diào)低壓管安裝在壓縮機(jī)吸氣口上，作為振動源，壓縮機(jī)的吸氣壓力波動對空調(diào)低壓管上的膠管造成較大的沖擊，引起膠管的震動。由于空調(diào)管路安裝在車身上，因此這種震動通過車身結(jié)構(gòu)傳遞到車內(nèi)。車內(nèi)成員感知可以接受的噪音聲壓級一般要≤47dB（A）[5]，但是車內(nèi)測到的總聲壓級為51.04dB（A）。因此需要對膠管進(jìn)行優(yōu)化，提高膠管的減震性能。

該車型空調(diào)低壓管上的膠管材料是按照標(biāo)準(zhǔn)QC/T 644-2000汽車空調(diào)（HFC-134a）用膠管中 C型橡膠管選用的，為五層普通膠管。膠管原設(shè)計長度為370mm。對原車膠管樣件進(jìn)行振動傳遞性測試。計算公式如下：

式中，VS為隔振率，代表膠管隔離振動的能力。PA為被動側(cè)加速度，DA為主動側(cè)加速度。一般要求VS≥15dB。

臺架測試示意圖如圖2所示：

在圖2的臺架試驗中，樣件需要使用氮氣充壓，壓力值0.5Mpa。樣件需要制成72h以上，試驗環(huán)境溫度設(shè)置在20℃～25℃之間。樣件在測試溫度中要保存8h以上。在主動側(cè)垂直于軟管軸向施加29.4m/s2的加速度，振動頻率20Hz～600Hz （10分鐘掃頻）。原車膠管樣件按照上述的測試方法得到在150Hz～200Hz頻率段的平均VS=12.3dB。與VS≥15dB的要求有一定的差距。為了達(dá)到要求，從兩方面對膠管進(jìn)行了更改。首先對膠管的材質(zhì)進(jìn)行了更改，選用了硬度更低的柔性管。其次，在整車周邊零件間隙允許的情況下，盡可能加長膠管的長度。最終將膠管長度增加到450mm。更改后的樣件進(jìn)行振動傳遞性測試，在150Hz～200Hz頻率段的平均VS=15.6 dB，滿足了隔振率的要求。零件更改前后結(jié)構(gòu)及試驗結(jié)果對比如圖3所示：

將更改后的零件裝車進(jìn)行噪音測試。車內(nèi)噪聲在150Hz～200Hz頻率段的峰值降低4dB（A）。效果比較明顯。測試結(jié)果如圖4所示。但是由于此車輛上的冷卻風(fēng)扇引起的40Hz處的噪音峰值較高，因此，車內(nèi)總的聲壓級降低較少，依然有50.41dB（A）。未達(dá)到≤47dB（A）的目標(biāo)值。

需要繼續(xù)對空調(diào)低壓管進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，進(jìn)一步提高零件的減震性能。在空調(diào)低壓管周邊空間允許的情況下，在管路上增加了寬頻消聲器。零件更改前后結(jié)構(gòu)對比如圖5所示：

消音器為單腔擴(kuò)張型消音器。降噪量可按下式計算：

從上式中可以看出，當(dāng)sin?kl=1（kl為π/2的奇數(shù)倍）時，m值越大，消音量越大。按照以上公式，結(jié)合噪音頻率段及管路周邊空間，選用消音器的直徑為50mm，有效內(nèi)部長度為35mm。更改后的零件再次裝車進(jìn)行噪音測試。結(jié)果顯示車內(nèi)噪聲在150Hz～200Hz頻率段的峰值降低5dB（A）。測試結(jié)果如圖6所示。車內(nèi)總的聲壓級降低46.09dB（A）。達(dá)到了≤47dB（A）的目標(biāo)值。

空調(diào)低壓管三種結(jié)構(gòu)方案的噪音測試結(jié)果對比如表1所示：

實驗數(shù)據(jù)表明：空調(diào)低壓管使用柔性膠管并增加膠管長度和增加消音器對空調(diào)系統(tǒng)的減震降噪效果較好。實車體驗效果良好。空調(diào)低壓管最終采用此設(shè)計方案。

2? ? 低壓管增加配重塊對降噪的影響

某車型在試駕過程中，怠速關(guān)空調(diào)工況，車內(nèi)噪音較大，前后排均有明顯的振動感，影響駕駛舒適度。實車測試發(fā)現(xiàn)空調(diào)低壓管的膠管在210Hz附近處的振動較大。由于該車型發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的零件布置比較緊湊，沒有足夠的空間來增加膠管長度和消音器。該低壓管的膠管在設(shè)計時已經(jīng)選用了柔性管。為了抑制膠管的振動，通過在膠管上增加配重塊來實現(xiàn)。增加配重塊可以讓膠管獲得更大的質(zhì)量，加大慣性，減小膠管抖動幅度，使膠管在受到氣壓波動影響時更加穩(wěn)定。零件結(jié)構(gòu)如圖7所示：

在空調(diào)低壓管上布點測試，測試數(shù)據(jù)顯示在膠管長度的1/3處增加200g的配重塊，空調(diào)低壓管的膠管在210Hz附近振動明顯降低，Y向振動降低約70%。測試數(shù)據(jù)如圖8所示。

在車內(nèi)主駕右耳位置和第二排中間位置布點進(jìn)行測試，怠速關(guān)空調(diào)時，前后排車內(nèi)噪聲降低約1.3dB（A），210Hz附近峰值消失。測試數(shù)據(jù)如圖9所示。實車感受效果良好，駕乘的舒適度明顯提高。

3? ? 結(jié)論

通過兩個實車案例分析，空調(diào)管路結(jié)構(gòu)對空調(diào)系統(tǒng)降噪的影響得出以下兩個結(jié)論：

a. 空調(diào)低壓管路中使用較長的柔性膠管和在管路中加入消音器對空調(diào)系統(tǒng)中的噪音有很好的抑制作用。

b. 在空調(diào)管路的膠管上增加一定重量的配重塊，對降低膠管的振動具有良好的效果。本文中的空調(diào)管路結(jié)構(gòu)設(shè)計方案具有一定的參考價值。

參考文獻(xiàn)：

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