怠速工況下車內(nèi)空調(diào)噪聲測試與分析

李旭偉　 龐方超　楊東績　黃驥

摘 要：為了解決傳統(tǒng)燃油車的車內(nèi)空調(diào)噪聲問題，通過一種車輛在怠速狀態(tài)下的試驗方法，以空調(diào)制冷模式、循環(huán)模式和風(fēng)速擋位為變量，采集分析了車內(nèi)常用座位的乘員耳邊噪聲，后續(xù)考慮乘員變化對車內(nèi)噪聲的影響，進行了空調(diào)常用工況下的數(shù)據(jù)測試，通過對比分析找出了車內(nèi)空調(diào)噪聲的分布規(guī)律，以及聲壓和聲品質(zhì)參數(shù)的影響因素。結(jié)果表明：針對燃油車怠速工況下的空調(diào)噪聲測試方法干擾因素較少;采集的數(shù)據(jù)更有針對性;對于車輛空調(diào)噪聲與車內(nèi)聲學(xué)環(huán)境的研究具有實際意義。

關(guān)鍵詞：燃油車 空調(diào)噪聲 頻譜分析 聲品質(zhì)

Research on The Influence of Air Conditioning System on Interior Noise in Idling Condition

Li Xuwei，Pang Fangchao，Yang Dongji，Huang Ji

Abstract：To solve the air-conditioning noise problem of traditional fuel vehicles， a test method is adopted when the vehicle is idling. The air-conditioning refrigeration mode， circulation mode and wind speed gear are used as variables to collect and analyze the occupant's ear noise of common seats in the car. After considering the impact of occupant changes on the noise in the car， data tests under common operating conditions of air-conditioning were carried out. Through comparative analysis， the distribution law of air-conditioning noise in the car and the influencing factors of sound pressure and sound quality parameters were found. The results show that： there are fewer interference factors for the air-conditioning noise test method under the idling conditions of fuel vehicles; the collected data is more targeted; it has practical significance for the research of vehicle air-conditioning noise and the acoustic environment of the vehicle.

Key words：fuel vehicle， air conditioning noise， spectrum analysis， sound quality

空調(diào)系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車不可或缺的部件系統(tǒng)之一，與車內(nèi)乘員的舒適性密切相關(guān)。其性能的優(yōu)劣，直接關(guān)系到車內(nèi)空氣質(zhì)量、車內(nèi)環(huán)境溫濕度、除霜除霧安全性和振動噪聲等多方面，這些都與乘員的主觀感受密切相關(guān)，直接影響人們對汽車品質(zhì)的評價與認可。

隨著消費者對汽車舒適性要求的不斷提高，改善車內(nèi)環(huán)境，降低空調(diào)噪聲成為整車廠在車輛開發(fā)過程中不可回避的問題之一。近年來國內(nèi)針對空調(diào)系統(tǒng)的聲學(xué)設(shè)計、測試和改善進行了大量的研究工作。吉林大學(xué)束磊[1]針對某型號的空調(diào)鼓風(fēng)機進行了振動與噪聲試驗，建立了仿真分析模型對聲場進行了計算與驗證，發(fā)現(xiàn)噪聲源的位置和規(guī)律，提出了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)改進方法，并通過試驗驗證了改進后的效果。教育部工程研究中心沈思思[2]針對汽車空調(diào)系統(tǒng)在消音室中搭建測試臺架，通過屏蔽法、聲壓法等進行噪聲源識別和傳遞路徑分析，找出了噪聲幅值較大各個階次的傳遞路徑。同濟大學(xué)張立軍[3]針對汽車空調(diào)壓縮機噪聲通過臺架試驗和整車試驗兩種方式采集振動噪聲信號進行頻域分析，得到了壓縮機的振動特性以及對整車的影響。長城技術(shù)中心趙偉豐[4]對車輛在怠速狀態(tài)下懸置和風(fēng)扇進行試驗分析，發(fā)現(xiàn)空調(diào)壓縮機對車內(nèi)噪聲影響很大，甚至?xí)鬟f到轉(zhuǎn)向系統(tǒng)產(chǎn)生振動，通過對相關(guān)系統(tǒng)的優(yōu)化使得駕駛員耳邊噪聲和方向盤振動都有明顯改善。江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院王軍[5]等人針對汽車空調(diào)系統(tǒng)突出的噪聲問題進行了模態(tài)、隔振和流場的仿真優(yōu)化，減少了空調(diào)振動向車身的傳遞，降低了進氣口的紊流噪聲。大連交通大學(xué)劉宗財[6]針對不同試驗車進行了車內(nèi)噪聲的分析研究，找出了車速、車內(nèi)位置和不同車輛結(jié)構(gòu)對噪聲的影響規(guī)律，還提出了相應(yīng)的降噪措施。

目前針對車內(nèi)噪聲的研究不再注重單一的聲壓值，更加注重駕乘人員的心理感受，因此聲品質(zhì)的研究也越來越受到重視。武漢科技大學(xué)楊航[7]針對某款SUV車型進行了怠速狀態(tài)下空調(diào)不同模式下噪聲信號的采集，并且從人的心理學(xué)角度分析了響度、尖銳度等聲品質(zhì)參數(shù)，對比分析幾種客觀評價模型的預(yù)測能力，找出了建立聲品質(zhì)評價模型的方法。重慶大學(xué)陳江艷[8]針對電動汽車空調(diào)壓縮機不同轉(zhuǎn)速工況下產(chǎn)生的噪音，在消音室內(nèi)搭建臺架測試并分析了響度、尖銳度、粗糙度等聲品質(zhì)參數(shù)，得到了壓縮機轉(zhuǎn)速和不同場點對聲品質(zhì)的影響。武漢科技大學(xué)胡潥[9]對怠速狀態(tài)汽車空調(diào)不同工況下的聲品質(zhì)進行了主客觀研究，建立了預(yù)測模型并提出了一套汽車空調(diào)聲品質(zhì)的評價方案。

本文以某款傳統(tǒng)燃油車為研究對象，針對怠速狀態(tài)下車輛空調(diào)在不同工況時的乘員耳邊噪聲聲壓和聲品質(zhì)制定了噪聲試驗方案，分析不同工況下不同測點的噪聲分布規(guī)律，最后測試并分析了車內(nèi)乘員對于空調(diào)噪聲的影響，找出了乘員對車內(nèi)噪聲的影響規(guī)律。

1 測試工況的選取

本文以燃油車空調(diào)噪聲為研究對象，空調(diào)開啟過程中需要首先啟動發(fā)動機，因此正式測試之前，即進行了背景噪聲的測試，也對怠速狀態(tài)各測點聲壓進行了測試，噪聲測試共布置了8個測點，分別位于主駕、副駕、后排左和后排右的左右耳邊位置，如圖1所示，測點的定位尺寸參照GB/T 18697-2002《聲學(xué) 汽車車內(nèi)噪聲測量方法》中有關(guān)傳聲器位置的定義[10]，怠速和背景噪聲數(shù)據(jù)如表1所示，其中怠速工況副駕右耳噪聲值明顯高于其他測點，主要原因是發(fā)動機布置偏右側(cè)，且右側(cè)存在空調(diào)管路孔洞隔聲效果較差。

LDL、LDR代表主駕左右耳，RDL、RDR代表副駕左右耳，LPL、LPR代表后排左乘員左右耳，RPL、RPR代表后排右乘員左右耳。

汽車空調(diào)不同的工作模式主要區(qū)別在于風(fēng)扇和壓縮機的工作狀態(tài)，本文考慮常用的幾種工作模式，測試工況如表2所示，每種工況均在空調(diào)達到穩(wěn)定狀態(tài)后進行測量，均采用迎面風(fēng)送風(fēng)模式。

2 噪聲聲壓級數(shù)據(jù)分析

各個工況測得的聲壓級數(shù)值如表3所示，與表1中怠速不開空調(diào)相比，工況1的各點聲壓值大部分升高在1至2分貝區(qū)間內(nèi)，主駕左耳略高于2分貝。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，由于測試車輛出風(fēng)口集中在前排，所以前排耳邊噪聲要大于后排噪聲，隨著擋位的升高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速增大，噪聲提升明顯。制冷模式下，由于壓縮機的介入，與非制冷模式相比，各測點噪聲均有提高，在風(fēng)扇低轉(zhuǎn)速擋位比高轉(zhuǎn)速擋位提升幅度略高。

下圖展示了在怠速、工況1和5三種模式下主駕左耳的噪聲頻譜曲線，可以看出在100Hz以下的低頻段，噪聲較大的主要頻率為26.3Hz、49.8Hz和76.1Hz，與被測車輛怠速轉(zhuǎn)速750～800轉(zhuǎn)/分鐘對應(yīng)頻率相關(guān)。在100Hz以上，頻率峰值較為分散，風(fēng)扇和壓縮機開啟狀態(tài)的兩個主要峰值在150Hz和260Hz，工況5壓縮機開啟狀態(tài)下在510Hz處存在噪聲較大的波峰。在其余頻率段，沒有發(fā)現(xiàn)比較突出的峰值。

3 聲品質(zhì)數(shù)據(jù)分析

聲品質(zhì)是乘員對車內(nèi)噪聲心理感受的客觀反應(yīng)，本文使用Head Artemis Suite軟件分析各個工況的響度、尖銳度等聲品質(zhì)參數(shù)，由于篇幅所限只列出了主駕左耳和后排左乘員左耳的分析結(jié)果，如表4和5所示。通過分析可以看出，聲品質(zhì)參數(shù)在各工況的變化規(guī)律與聲壓級類似，與后排相比，前排座位的聲品質(zhì)參數(shù)較差，制冷工況比非制冷工況聲學(xué)環(huán)境惡略，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速對聲品質(zhì)影響最大，特別是在轉(zhuǎn)速最大的擋位，各參數(shù)較其他工況變化非常明顯。在風(fēng)扇低擋位幾個工況下，波動度參數(shù)的變化不太明顯。對比其他耳邊測點的聲品質(zhì)數(shù)據(jù)，均與上述兩測點變化規(guī)律相同。

4 乘員對空調(diào)噪聲的影響

上述工況均是在無乘員乘坐狀態(tài)下進行的測試，而實際使用狀態(tài)均為車內(nèi)有乘員的情況，因此本文對有乘員乘坐幾種情況下空調(diào)噪聲也進行了相關(guān)試驗研究，同樣從聲壓級和聲品質(zhì)兩個方面分析車內(nèi)聲學(xué)環(huán)境的變化規(guī)律。

選取了空調(diào)制冷內(nèi)循環(huán)的四個風(fēng)扇擋位工況對應(yīng)的聲壓級，包含車內(nèi)無人乘坐、主駕座位有人乘坐、主駕和副駕兩個座位有人乘坐、全員乘坐（主駕副駕后排左右座位有四個人乘坐）四種工況。各測點聲壓級對比見圖3至圖6，通過分析可以看出整體的變化趨勢：有乘員乘坐的工況下聲壓級降低，隨著乘員的增多聲壓級下降越大。乘員乘坐不僅使本乘員耳邊噪聲有所降低，對其他座位的噪聲同樣有降低的作用。后排乘坐乘客對前排噪聲的影響較小。分析上述主要原因是乘員數(shù)量的變化，導(dǎo)致車內(nèi)聲場和流場發(fā)生變化，影響了二者的分布規(guī)律，導(dǎo)致聲音的傳播過程和聲壓級發(fā)生了改變。

本文以工況5和7為例，分析乘員變化對車內(nèi)聲品質(zhì)的影響。圖7至圖10展示了響度和尖銳度的變化曲線，與聲壓級變化規(guī)律基本相同，車內(nèi)乘員增多，響度和尖銳度下降明顯，特別是前排乘員變化對結(jié)果影響更為明顯。粗糙度和波動度結(jié)果如圖11至圖14所示，在各別測點有數(shù)值變動外，整體趨勢依然是測試結(jié)果隨著乘員數(shù)量增加而降低，風(fēng)扇速度越快，規(guī)律越明顯。

語音清晰度的測試結(jié)果如圖15和16所示，顯示出乘員增多結(jié)果升高的規(guī)律，在低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速工況，后排乘員的出現(xiàn)沒有對前排的測試結(jié)果產(chǎn)生較大影響。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速在高檔位下，副駕乘員對前排測試結(jié)果影響非常明顯，后排結(jié)果受后排乘員數(shù)量變化影響非常小。通過對其他工況聲品質(zhì)參數(shù)的分析，得出與上述相同的規(guī)律。

5 結(jié)語

本文研究傳統(tǒng)燃油車怠速狀態(tài)下的車內(nèi)空調(diào)噪聲情況，并對不同工況的噪聲分布規(guī)律進行了分析，主要得出以下結(jié)論：

（1）隨著風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的提升，車內(nèi)噪聲隨之增大，相同擋位，制冷狀態(tài)下的噪聲高于非制冷狀態(tài)的噪聲，前排乘客的耳邊噪聲高于后排乘客噪聲。

（2）無人乘坐狀態(tài)下，車內(nèi)聲品質(zhì)響度、尖銳度、粗糙度、語音清晰度的分布規(guī)律與聲壓級大致相同。風(fēng)扇在低轉(zhuǎn)速下，波動度變化非常小，風(fēng)扇最大轉(zhuǎn)速聲品質(zhì)參數(shù)變化十分明顯，對響度、語音清晰度的影響尤為突出。

（3）車內(nèi)乘員對噪聲影響較為明顯，隨著乘員增多車內(nèi)噪聲隨之降低，對于聲品質(zhì)的影響在各別測點有所波動，但整體趨勢與聲壓級大致相同。由于乘員數(shù)量的變化，車內(nèi)聲場和流場發(fā)生變化，是造成上述變化的主要原因。

本文僅針對燃油車進行了車內(nèi)噪聲的測試，為空調(diào)噪聲的研究改進提供了測試分析方法，后續(xù)可以針對新能源車輛開展相關(guān)試驗研究，在沒有發(fā)動機因素干擾的情況下，分析車內(nèi)噪聲的規(guī)律以及對乘員的影響，改善車內(nèi)的聲學(xué)環(huán)境。

參考文獻：

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作者簡介

李旭偉：（1982—），男，漢族，天津人，碩士，高級工程師，研究方向：汽車振動噪聲試驗檢測。

通訊作者：

龐方超：（1988—），男，漢族，天津人，本科，中級工程師。研究方向：汽車零部件可靠性試驗檢測。