空调管路降噪优化方案研究

张建国 俞晓勇

摘要：针对两台车型空调系统噪音大的问题，分别进行分析，均为空调低压管振动大造成的。对第一台车的空调低压管进行了结构分析，通过振动传递性的测试方法确定了更换胶管材料和增加胶管长度的优化方案。并在此基础上在管路中增加了消音器。对第二台车的空调低压管进行了增加配重块的结构优化。两台车的优化方案通过试验验证，明显降低了车内的噪音，极大地改善了乘车的舒适性。

主题词：汽车空调;降噪 胶管;消音器;配重块

中图分类号：U463.85+1    文献标识码：A    文章编号：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

汽车空调的噪声是用户比较关注的问题，因此空调系统降噪对于提高车内成员的舒适度非常重要。压缩机是汽车空调系统内重要的振动源[1-2]。汽车空调管路是空调系统内冷媒流动的通道，直接传递着压缩机工作时的振动。因此，空调管路的减震结构设计[3-4]对降低车内噪音至关重要。下面以两个实车案例分析空调管路结构对空调系统降噪的影响。

1    胶管和消音器对降噪的影响

某车型在设计初期，怠速开启空调时，在发动机、电子扇等部件的共同作用下，导致车内声压级较高。车内前后排均有明显的耳膜压迫感，同时，压缩机支架振动也比较大。车内测得的总声压级为51.04dB（A）。测试发现在150Hz～200Hz频率段车内噪声存在较大峰值，同时空调低压管的振动在此频率段同样存在峰值。空调低压管平均振动加速度和车内噪音在150Hz～200Hz频率段测试结果如图1所示

对图1进行分析，初步推断空调低压管振动大是引起车内噪声在150Hz～200Hz频率段出现峰值的主要原因。

空调低压管安装在压缩机吸气口上，作为振动源，压缩机的吸气压力波动对空调低压管上的胶管造成较大的冲击，引起胶管的震动。由于空调管路安装在车身上，因此这种震动通过车身结构传递到车内。车内成员感知可以接受的噪音声压级一般要≤47dB（A）[5]，但是车内测到的总声压级为51.04dB（A）。因此需要对胶管进行优化，提高胶管的减震性能。

该车型空调低压管上的胶管材料是按照标准QC/T 644-2000汽车空调（HFC-134a）用胶管中 C型橡胶管选用的，为五层普通胶管。胶管原设计长度为370mm。对原车胶管样件进行振动传递性测试。计算公式如下：

式中，VS为隔振率，代表胶管隔离振动的能力。PA为被动侧加速度，DA为主动侧加速度。一般要求VS≥15dB。

台架测试示意图如图2所示：

在图2的台架试验中，样件需要使用氮气充压，压力值0.5Mpa。样件需要制成72h以上，试验环境温度设置在20℃～25℃之间。样件在测试温度中要保存8h以上。在主动侧垂直于软管轴向施加29.4m/s2的加速度，振动频率20Hz～600Hz （10分钟扫频）。原车胶管样件按照上述的测试方法得到在150Hz～200Hz频率段的平均VS=12.3dB。与VS≥15dB的要求有一定的差距。为了达到要求，从两方面对胶管进行了更改。首先对胶管的材质进行了更改，选用了硬度更低的柔性管。其次，在整车周边零件间隙允许的情况下，尽可能加长胶管的长度。最终将胶管长度增加到450mm。更改后的样件进行振动传递性测试，在150Hz～200Hz频率段的平均VS=15.6 dB，滿足了隔振率的要求。零件更改前后结构及试验结果对比如图3所示：

将更改后的零件装车进行噪音测试。车内噪声在150Hz～200Hz频率段的峰值降低4dB（A）。效果比较明显。测试结果如图4所示。但是由于此车辆上的冷却风扇引起的40Hz处的噪音峰值较高，因此，车内总的声压级降低较少，依然有50.41dB（A）。未达到≤47dB（A）的目标值。

需要继续对空调低压管进行设计优化，进一步提高零件的减震性能。在空调低压管周边空间允许的情况下，在管路上增加了宽频消声器。零件更改前后结构对比如图5所示：

消音器为单腔扩张型消音器。降噪量可按下式计算：

从上式中可以看出，当sin?kl=1（kl为π/2的奇数倍）时，m值越大，消音量越大。按照以上公式，结合噪音频率段及管路周边空间，选用消音器的直径为50mm，有效内部长度为35mm。更改后的零件再次装车进行噪音测试。结果显示车内噪声在150Hz～200Hz频率段的峰值降低5dB（A）。测试结果如图6所示。车内总的声压级降低46.09dB（A）。达到了≤47dB（A）的目标值。

空调低压管三种结构方案的噪音测试结果对比如表1所示：

实验数据表明：空调低压管使用柔性胶管并增加胶管长度和增加消音器对空调系统的减震降噪效果较好。实车体验效果良好。空调低压管最终采用此设计方案。

2    低压管增加配重块对降噪的影响

某车型在试驾过程中，怠速关空调工况，车内噪音较大，前后排均有明显的振动感，影响驾驶舒适度。实车测试发现空调低压管的胶管在210Hz附近处的振动较大。由于该车型发动机舱内的零件布置比较紧凑，没有足够的空间来增加胶管长度和消音器。该低压管的胶管在设计时已经选用了柔性管。为了抑制胶管的振动，通过在胶管上增加配重块来实现。增加配重块可以让胶管获得更大的质量，加大惯性，减小胶管抖动幅度，使胶管在受到气压波动影响时更加稳定。零件结构如图7所示：

在空调低压管上布点测试，测试数据显示在胶管长度的1/3处增加200g的配重块，空调低压管的胶管在210Hz附近振动明显降低，Y向振动降低约70%。测试数据如图8所示。

在车内主驾右耳位置和第二排中间位置布点进行测试，怠速关空调时，前后排车内噪声降低约1.3dB（A），210Hz附近峰值消失。测试数据如图9所示。实车感受效果良好，驾乘的舒适度明显提高。

3    结论

通过两个实车案例分析，空调管路结构对空调系统降噪的影响得出以下两个结论：

a. 空调低压管路中使用较长的柔性胶管和在管路中加入消音器对空调系统中的噪音有很好的抑制作用。

b. 在空调管路的胶管上增加一定重量的配重块，对降低胶管的振动具有良好的效果。本文中的空调管路结构设计方案具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]麻友良.  汽车空调技术.  北京：机械工业出版社，2009.

[2]黄锁成，靳晓雄，张立军.  汽车空调用压缩机的振动和噪声分析.  汽车技术，2003（5）.

[3]方丹群. 空气动力性噪声与消音器. 北京：北京科学出版社，1978.

[4]張晓伟，李苏洋 .   空调管路系统的振动分析[J].  振动.  测试与诊断，2012，（ Z1） ：120-122，154.

[5]王文奇，姜珍泉. 噪声控制技术. 北京： 北京工业出版社，1987.