某SUV空調(diào)系統(tǒng)異響問題的分析與優(yōu)化

劉濤 蔣兵 張軍 木標(biāo) 王詩虎

摘? 要：針對某SUV怠速開空調(diào)車內(nèi)存在“突突”異響的問題，運用源-傳遞路徑-響應(yīng)的分析方法，借助噪聲和振動頻譜相關(guān)性分析的手段，確定怠速空調(diào)開啟時車內(nèi)異響主要是由于空調(diào)系統(tǒng)管路隔振不足導(dǎo)致振動傳遞引起。通過采用增加空調(diào)低壓軟管長度及在空調(diào)管路增加質(zhì)量塊的優(yōu)化方案，有效解決了空調(diào)開啟車內(nèi)異響的問題。

關(guān)鍵詞：傳遞路徑;空調(diào)壓縮機(jī);異響

中圖分類號：U467.1? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1005-2550（2021）02-0087-04

Abstract： In order to solve the problem of "tutu" abnormal noise in an SUV at idle speed When the air conditioning compressor is working， the transfer path analysis method and the correlation analysis of noise and vibration spectrum are used to determine that the abnormal noise in the vehicle when the air conditioner is on ，the abnormal noise is mainly caused by the vibration transmission caused by insufficient pipe vibration isolation of the air conditioning system. The problem of abnormal noise in the air conditioner is effectively solved by increasing the length of low-pressure hose and adding mass block in the air-conditioning pipeline.

Key Words： Transfer Path; Air Condition Compressor; Abnormal Noise

1? ? 前言

隨著汽車技術(shù)的不斷進(jìn)步，不同品牌汽車之間的使用性能和安全性能差別日趨縮小。相比之下，汽車的聲學(xué)舒適性如振動和噪聲性能越來越受到消費者的關(guān)注并作為區(qū)分不同品牌汽車好壞的重要參考。汽車空調(diào)作為客戶使用頻率最高的功能之一，其工作過程中也會帶來噪聲及異響問題，容易被客戶識別并引起客戶抱怨。因此汽車空調(diào)系統(tǒng)的NVH性能越來越受到重視。文獻(xiàn)[1，2]詳細(xì)研究了空調(diào)壓縮機(jī)吸排氣脈動噪聲產(chǎn)生機(jī)理，找出了引起異響的根本原因并從噪聲源出發(fā)給出了壓縮機(jī)本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化的解決方案。文獻(xiàn)[3]探討了空調(diào)壓縮機(jī)噪聲源識別方法并介紹了空調(diào)管路的隔振措施。文獻(xiàn)[4]介紹了空調(diào)壓縮機(jī)引起的車內(nèi)轟鳴及拍頻噪聲并給出了優(yōu)化方案。文獻(xiàn)[5]針對空調(diào)開啟車內(nèi)噪聲大等問題提出了低壓管路增加消聲器及優(yōu)化空壓機(jī)帶輪直徑的方案。本文針對某SUV在開發(fā)過程中出現(xiàn)的怠速開空調(diào)“突突”異響問題，從結(jié)構(gòu)傳遞路徑優(yōu)化方向入手，通過采用增加空調(diào)低壓軟管長度及在空調(diào)低壓管路增加質(zhì)量塊的優(yōu)化方案，有效解決了空調(diào)開啟車內(nèi)異響的問題，降低了售后客戶抱怨的風(fēng)險。

2? ? 異響問題描述

某SUV車型在NVH性能開發(fā)過程中，主觀評價怠速工況空調(diào)開啟時車內(nèi)存在“突突”異響，影響車內(nèi)聲音品質(zhì)，需要改進(jìn)。采用分別運行法進(jìn)行主觀評價初步判斷車內(nèi)異響由空調(diào)壓縮機(jī)引起，詳見表1：

為進(jìn)一步分析車內(nèi)異響的產(chǎn)生原因，對問題樣車進(jìn)行了NVH摸底試驗。測點布置如下：車內(nèi)駕駛員右耳布置傳聲器，壓縮機(jī)本體布置振動加速度傳感器，詳見圖1和圖2所示。測試工況為熱機(jī)怠速開空調(diào)。

為明確異響的頻率特征，進(jìn)行噪聲源識別，對采集的車內(nèi)噪聲信號進(jìn)行了頻譜分析，詳見圖3。通過濾波回放，結(jié)合主觀評價結(jié)果，確認(rèn)異響的頻率范圍為200～500Hz。為進(jìn)一步確認(rèn)噪聲來源，對壓縮機(jī)本體的振動加速度信號進(jìn)行了頻譜分析，詳見圖4。對圖3和圖4進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，車內(nèi)異響的頻譜特征和壓縮機(jī)本體振動的頻譜特征具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。結(jié)合上述分別運行法的主觀評價結(jié)果，可以確認(rèn)怠速空調(diào)開啟時車內(nèi)異響由空調(diào)壓縮機(jī)引起。

3? ? 改進(jìn)措施及效果驗證

綜上所述，怠速開空調(diào)車內(nèi)異響的噪聲源來自于空調(diào)壓縮機(jī)。雖然通過優(yōu)化空調(diào)壓縮機(jī)本體結(jié)構(gòu)可以達(dá)到改善車內(nèi)異響的目的，但由于此時優(yōu)化空調(diào)壓縮機(jī)本體結(jié)構(gòu)已不滿足項目開發(fā)周期，基于源-傳遞路徑-響應(yīng)的分析方法，要想解決開空調(diào)車內(nèi)異響需要從傳遞路徑優(yōu)化入手?？照{(diào)管路是空調(diào)壓縮機(jī)向車內(nèi)輸送制冷劑蒸汽的重要通道，其一端連接空調(diào)壓縮機(jī)和冷凝器，另一端通過膨脹閥與車身前圍鈑金相連。因此，可以推斷空調(diào)管路是壓縮機(jī)工作過程中振動激勵的重要傳遞路徑?；谏鲜鐾茢喾治?，異響排查過程中斷開了空調(diào)管路和車身前圍鈑金的連接，主觀評價車內(nèi)異響消失，進(jìn)一步排查鎖定車內(nèi)異響是經(jīng)空調(diào)低壓管路傳遞?？照{(diào)管路通常由鋁管和橡膠管組裝而成，其中鋁管起到定位作用，橡膠管起到減振、隔振作用。如果橡膠管的隔振性能不足，空壓機(jī)的脈動激勵會通過管路傳遞至車身前圍鈑金，形成異響。傳遞率是衡量結(jié)構(gòu)隔振能力的常用指標(biāo)，傳遞率是指主動側(cè)振動大小aa與被動側(cè)振動大小ap的比值，常用對數(shù)表示：

傳遞率越大，說明隔振結(jié)構(gòu)的隔振效果越好。為了增加空調(diào)管路的振動傳遞率，衰減空壓機(jī)脈動激勵經(jīng)空調(diào)管路傳遞至前圍壁板的振動峰值，通常采用增加空調(diào)軟管的長度來提高管路的隔振衰減能力;此外，空調(diào)管路增加damper，用于抑制管路振幅亦是工程常用方案。根據(jù)上述機(jī)理分析，綜合考慮空調(diào)管路的空間布置等因素，針對空調(diào)管路優(yōu)化本文給出了以下改進(jìn)驗證方案，詳見表2。為了對比不同方案的改進(jìn)效果，在空調(diào)管路及膨脹閥處新增布置了振動傳感器。

表3給出了不同改進(jìn)方案的主觀評價和客觀測試數(shù)據(jù)對比。通過表3可以看出僅增加空調(diào)管路長度至374mm，車內(nèi)異響仍不能接受;實施空調(diào)管路加長至374mm及增加330g質(zhì)量塊組合方案后，主觀評價車內(nèi)異響可以接受。

圖5～圖7給出了不同優(yōu)化方案的客觀數(shù)據(jù)頻譜對比，紅色曲線-原方案，綠色曲線-優(yōu)化方案1，藍(lán)色曲線-優(yōu)化方案2。圖5表明，車內(nèi)360～450Hz 頻段聲壓級降低與空調(diào)軟管加長相關(guān);250～300Hz 頻段聲壓級降低與增加質(zhì)量塊相關(guān)。和原狀態(tài)相比，實施軟管加長及增加質(zhì)量塊組合方案后，見圖8，車內(nèi)200～500Hz異響頻率段總體聲壓級降低2dBA，膨脹閥振動降低0.03g，空調(diào)管路振動降低0.09g。結(jié)合主觀評價結(jié)果和客觀數(shù)據(jù)對比分析，實施軟管加長和增加質(zhì)量塊方案后，有效解決了車內(nèi)開空調(diào)異響問題。

4? ? 結(jié)語

空調(diào)壓縮機(jī)工作過程中自身往復(fù)慣性激勵以及吸排氣過程中的脈動激勵是引起空調(diào)系統(tǒng)NVH問題的常見振源。從噪聲源頭改進(jìn)壓縮機(jī)脈動噪聲的方法通常有兩種：（1）壓縮機(jī)氣路中增加單向閥減小氣路直徑，降低脈動噪聲（2）吸氣閥片的吸氣口增加環(huán)形槽，降低脈動沖擊力。從傳遞路徑上改進(jìn)脈動噪聲通常是在管路系統(tǒng)中增加消聲器?？照{(diào)壓縮機(jī)自身振動帶來的NVH問題常見的工程解決方案是增加軟管進(jìn)行隔振或在管路上增加質(zhì)量塊抑制振幅。本文針對某SUV怠速開空調(diào)車內(nèi)存在“突突”異響的問題，運用源-傳遞路徑-響應(yīng)的分析方法，借助噪聲和振動頻譜相關(guān)性分析的手段，通過實施空調(diào)管路加長增加質(zhì)量塊組合方案后，和原狀態(tài)相比，車內(nèi)異響頻率段聲壓級降低2dBA，有效解決了空調(diào)開啟車內(nèi)異響的問題。

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