摘要：某車型在怠速開空調(diào)壓縮機吸合工況下，車內(nèi)出現(xiàn)明顯的低頻噪聲，空調(diào)壓縮機關(guān)閉后，該噪聲消失。通過采集振動、噪聲數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)后處理及濾波回放分析，確認開空調(diào)車內(nèi)低頻噪聲是壓縮機造成的。對空調(diào)系統(tǒng)硬件分析、排查并整改驗證，確認壓縮機吸、排氣管路冷媒壓力脈動為關(guān)鍵因素。最終確認在壓縮機排氣管增加擴張腔、并降低吸氣管內(nèi)徑的方案，主觀車內(nèi)噪聲優(yōu)化明顯，客觀數(shù)據(jù)顯示車內(nèi)壓縮機主階次噪聲降低10.1dB(A)。

汽車空調(diào)系統(tǒng)作為車內(nèi)溫度調(diào)節(jié)的設(shè)備是必不可少的裝置，在人們對汽車噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise, Vibration, Harshness, NVH）要求越來越高的今天，隨著發(fā)動機等新能源車型背景噪聲的降低，空調(diào)壓縮機噪聲問題逐漸凸顯。同時，空調(diào)壓縮機負荷隨著環(huán)境溫度的升高而變大，負荷增大往往噪聲也會增大，在夏季高溫地區(qū)，異常的壓縮機噪聲更加令駕駛者難以接受，使汽車的駕駛舒適性急劇下降。

徐鑫莉等通過對變排量活塞式壓縮機工作原理的闡述，分析了噪聲源的產(chǎn)生和壓縮機工作原理，在優(yōu)化壓縮機結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，通過加消聲器、隔聲罩等，可進一步達到降低噪聲的良好效果。王翔通過研究斜盤式變排量壓縮機，結(jié)合結(jié)構(gòu)理論分析及實際試驗的方式給出了在吸氣口增加單向閥和提高閥板環(huán)槽的加工精度的方案，改善吸排氣脈動。LUKEN等提出一種測量和分析壓力脈動的方法，通過建立計算機輔助工程（Computer Aided Engineering, CAE）模型來研究壓縮機冷媒壓力脈動的影響因子，并且對影響因子進行優(yōu)化改進，降低車內(nèi)乘客所感知到的脈動噪聲。

本文以某款前置前驅(qū)承載式車型搭載的皮帶傳動斜盤式變排量壓縮機為研究對象，針對該車型在怠速開空調(diào)工況下車內(nèi)出現(xiàn)的低頻噪聲，從源-路徑的角度進行分析，通過測試手段確認問題由壓縮機管路傳遞導(dǎo)致，最終通過優(yōu)化壓縮機吸、排氣管路設(shè)計，使問題得到明顯改善。

1  空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與問題特征

1.1 空調(diào)系統(tǒng)簡介

汽車空調(diào)系統(tǒng)是實現(xiàn)對車廂內(nèi)空氣進行制冷、加熱、換氣和空氣凈化的裝置，它可為車內(nèi)人員提供舒適的環(huán)境；其主要結(jié)構(gòu)包括制冷系統(tǒng)、暖風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)與空氣凈化系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等部分。

本文分析的問題車型空調(diào)系統(tǒng)如圖1所示，壓縮機固定在發(fā)動機，冷凝器固定在車身前端，膨脹閥固定在車身前圍鈑金，空調(diào)箱布置在駕駛室儀表臺內(nèi)，空調(diào)管路通過三個安裝點與車身相連接。

圖1 空調(diào)系統(tǒng)布置形式

①—壓縮機；②—壓縮機排氣管；③—冷凝器；④—壓縮機吸氣管；⑤—空調(diào)箱；⑥—膨脹閥；⑦⑧⑨—空調(diào)管與車身固定點。

1.2 問題特征描述

樣車在開發(fā)階段駕評發(fā)現(xiàn)，高溫環(huán)境下，怠速開空調(diào)鼓風(fēng)機低擋位，壓縮機吸合后，車內(nèi)存在明顯異常噪聲，前排比后排明顯，持續(xù)時間長，主觀感受較差，關(guān)閉壓縮機后聲音消失。

利用LMS公司Test Lab軟件及設(shè)備，對空調(diào)壓縮機、膨脹閥振動、車內(nèi)及壓縮機近場噪聲數(shù)據(jù)進行相應(yīng)工況采集（如圖2所示），并對數(shù)據(jù)進行濾波回放分析，確認車內(nèi)噪聲抱怨的問題頻率為126 Hz（如圖3所示），且壓縮機、膨脹閥本體126 Hz振動明顯，結(jié)合問題表現(xiàn)及主觀感受，判斷該問題與空調(diào)壓縮機管路系統(tǒng)相關(guān)性高。

圖2 測點布置

圖3 P擋怠速開空調(diào)噪聲與振動圖

2 問題分析與解決思路

2.1 問題分析

該車匹配皮帶傳動式、外控變排量活塞式壓縮機，該壓縮機主要參數(shù)如表1所示，P擋怠速開空調(diào)發(fā)動機轉(zhuǎn)速為810 r/min。

表1 壓縮機主要參數(shù)

式中，n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速，r/min；a為壓縮機與發(fā)動機曲軸速比；b為壓縮機缸數(shù)。

根據(jù)式（1）計算壓縮機階次頻率為126 Hz，與開空調(diào)車內(nèi)異常噪聲問題頻率相對應(yīng)。

對問題頻率數(shù)據(jù)分析（如圖4所示）發(fā)現(xiàn)，壓縮機近場噪聲126 Hz峰值低于車內(nèi)噪聲峰值，因此，判斷該問題主要為結(jié)構(gòu)傳遞；進一步分析振動數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，壓縮機殼體126 Hz振動幅值只為膨脹閥本體的35%左右，因此，懷疑該問題為空調(diào)管路和冷媒傳遞并放大，經(jīng)膨脹閥進入車內(nèi)，引起抱怨。

圖4 車內(nèi)噪聲及壓縮機系統(tǒng)振動頻譜圖

2.2 解決思路

通過上述分析，初步鎖定是空調(diào)管路和冷媒傳遞、放大導(dǎo)致。針對此原因，可從表2所列方面進行排查、分析。

表2 126 Hz問題排查點

2.3 問題點確認

2.3.1 膨脹閥

橫向?qū)Ρ韧脚_無此問題的車型發(fā)現(xiàn)，兩車型匹配的膨脹閥結(jié)構(gòu)尺寸一樣，為共用樣件，初步判斷膨脹閥對此問題影響不大。

2.3.2 管路車身固定點

該空調(diào)壓縮機吸、排氣管路共有三個安裝點（如圖1所示），且均有隔振墊與車身相隔離，初步判斷隔振墊非關(guān)鍵因素。

2.3.3 空調(diào)管路

分析、測量壓縮機吸、排氣管結(jié)構(gòu)，如表3所示。

表3 空調(diào)管路參數(shù)

從結(jié)果來看該段壓縮機吸、排氣管膠管長度均達到總長度的50%（如圖5所示），且膠管硬度為55 shore，從布置和工程可行性來看，膠管加長的可能性不大。

圖5 原狀態(tài)空調(diào)管路

從管道壓力脈動的角度來看，壓縮機排氣管無擴張腔以及吸氣管較粗、內(nèi)徑達到19 mm，這兩點均不利于降低管路冷媒壓力脈動。

3 整改驗證

3.1 方案一：排氣管加擴張腔（優(yōu)化排氣管壓力脈動）

為降低空調(diào)冷媒壓力脈動，在壓縮機管路上增加擴張腔是一種較為有效的措施。一般根據(jù)制冷劑壓力脈動峰值頻率及有關(guān)制冷劑的參數(shù)，來設(shè)計擴張腔的長度和擴張比。

消聲器的長度：

管道聲速：

式中，f為需優(yōu)化的問題頻率；k為氣體的比熱容；R為氣體常數(shù)；T為制冷劑的溫度，K。

擴張腔消聲量（近似值）：

式中，m為擴張腔的擴張比。

本次整改方案中，計劃在排氣管靠近壓縮機端蓋附近增加擴張腔，在布置空間允許的前提下，尺寸盡量大，本方案擴張腔尺寸為80 mm×45 mm（長×直徑），如圖6所示。

圖6 壓縮機排氣管加擴張腔

經(jīng)過實車驗證，在排氣管靠近壓縮機端蓋處增加擴張腔后，主觀車內(nèi)異常噪聲優(yōu)化明顯，數(shù)據(jù)顯示車內(nèi)駕駛員外耳126 Hz峰值降低7 dB(A)，說明排氣管路壓力脈動是主要影響因素。

3.2 方案二：吸氣管內(nèi)徑降低（優(yōu)化吸氣管壓力脈動）

根據(jù)流體流動過程中的質(zhì)量守恒定律可知，單位時間流經(jīng)管路任一有效斷面的流體質(zhì)量為常數(shù)，因此，當(dāng)管道截面面積減小時，流體流速將增大。

式中，ρ為流體密度，kg/m3；A為管路有效斷面面積，m2；v為有效斷面上的平均速度，m/s。

根據(jù)伯努利定理可知，當(dāng)流體流速增加時，流體的壓力將減小，因此，降低管道內(nèi)徑可優(yōu)化流體壓力脈動。

為快速驗證并解決問題，本次在現(xiàn)有尺寸系列中，選擇將壓縮機吸氣管膠管段內(nèi)徑由19 mm降低至16 mm進行驗證；主觀感受車內(nèi)異常噪聲有明顯優(yōu)化，數(shù)據(jù)顯示車內(nèi)駕駛員外耳126 Hz峰值降低6 dB(A)，說明吸氣管路壓力脈動也有很大影響。

3.3 方案三：排氣管加擴張腔、吸氣管內(nèi)徑降低

將方案一和方案二措施同時進行疊加驗證，主觀優(yōu)化效果非常明顯，達到可接受水平，客觀數(shù)據(jù)顯示車內(nèi)駕駛員外耳126 Hz峰值降低10.1 dB(A)。如圖7所示。

圖7 方案三車內(nèi)駕駛員外耳噪聲對比

4 結(jié)論

空調(diào)系統(tǒng)NVH問題包括機械、流體噪聲，且受車內(nèi)和車外環(huán)境溫度的影響，需要在開發(fā)前期密切關(guān)注空調(diào)壓縮機、冷凝器、管路、膨脹閥、蒸發(fā)器、空調(diào)管路擴張腔等結(jié)構(gòu)的設(shè)計、布置及相關(guān)匹配。

本文為了解決開空調(diào)壓縮機吸合后車內(nèi)壓縮機噪聲問題，通過系統(tǒng)分析及試驗驗證，鎖定空調(diào)管路冷媒壓力脈動為主要原因。最終通過在壓縮機排氣管增加擴張腔以及降低吸氣管內(nèi)徑的低成本方案，優(yōu)化空調(diào)吸、排氣管路冷媒壓力波動，最終解決車內(nèi)噪聲問題。此研究對解決冷媒壓力波動引起的壓縮機問題具有指導(dǎo)意義，為后續(xù)類似問題提供快速進行驗證的思路及方案。

作者：艾鴻根1,2，陳清爽1,2，涂 迪1,2，鄒志輝1,2，洪有明1,2

1.江鈴汽車股份有限公司

2.江西省汽車噪聲與振動重點實驗室