某SUV空调系统异响问题的分析与优化

刘涛 蒋兵 张军 木标 王诗虎

摘  要：针对某SUV怠速开空调车内存在“突突”异响的问题，运用源-传递路径-响应的分析方法，借助噪声和振动频谱相关性分析的手段，确定怠速空调开启时车内异响主要是由于空调系统管路隔振不足导致振动传递引起。通过采用增加空调低压软管长度及在空调管路增加质量块的优化方案，有效解决了空调开启车内异响的问题。

关键词：传递路径;空调压缩机;异响

中图分类号：U467.1     文献标识码：A    文章编号：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

随着汽车技术的不断进步，不同品牌汽车之间的使用性能和安全性能差别日趋缩小。相比之下，汽车的声学舒适性如振动和噪声性能越来越受到消费者的关注并作为区分不同品牌汽车好坏的重要参考。汽车空调作为客户使用频率最高的功能之一，其工作过程中也会带来噪声及异响问题，容易被客户识别并引起客户抱怨。因此汽车空调系统的NVH性能越来越受到重视。文献[1，2]详细研究了空调压缩机吸排气脉动噪声产生机理，找出了引起异响的根本原因并从噪声源出发给出了压缩机本体结构优化的解决方案。文献[3]探讨了空调压缩机噪声源识别方法并介绍了空调管路的隔振措施。文献[4]介绍了空调压缩机引起的车内轰鸣及拍频噪声并给出了优化方案。文献[5]针对空调开启车内噪声大等问题提出了低压管路增加消声器及优化空压机带轮直径的方案。本文针对某SUV在开发过程中出现的怠速开空调“突突”异响问题，从结构传递路径优化方向入手，通过采用增加空调低压软管长度及在空调低压管路增加质量块的优化方案，有效解决了空调开启车内异响的问题，降低了售后客户抱怨的风险。

2    异响问题描述

某SUV车型在NVH性能开发过程中，主观评价怠速工况空调开启时车内存在“突突”异响，影响车内声音品质，需要改进。采用分别运行法进行主观评价初步判断车内异响由空调压缩机引起，详见表1：

为进一步分析车内异响的产生原因，对问题样车进行了NVH摸底试验。测点布置如下：车内驾驶员右耳布置传声器，压缩机本体布置振动加速度传感器，详见图1和图2所示。测试工况为热机怠速开空调。

为明确异响的频率特征，进行噪声源识别，对采集的车内噪声信号进行了频谱分析，详见图3。通过滤波回放，结合主观评价结果，确认异响的频率范围为200～500Hz。为进一步确认噪声来源，对压缩机本体的振动加速度信号进行了频谱分析，详见图4。对图3和图4进行相关性分析发现，车内异响的频谱特征和压缩机本体振动的频谱特征具有强关联性。结合上述分别运行法的主观评价结果，可以确认怠速空调开启时车内异响由空调压缩机引起。

3    改进措施及效果验证

综上所述，怠速开空调车内异响的噪声源来自于空调压缩机。虽然通过优化空调压缩机本体结构可以达到改善车内异响的目的，但由于此时优化空调压缩机本体结构已不满足项目开发周期，基于源-传递路径-响应的分析方法，要想解决开空调车内异响需要从传递路径优化入手。空调管路是空调压缩机向车内输送制冷剂蒸汽的重要通道，其一端连接空调压缩机和冷凝器，另一端通过膨胀阀与车身前围钣金相连。因此，可以推断空调管路是压缩机工作过程中振动激励的重要传递路径。基于上述推断分析，异响排查过程中断开了空调管路和车身前围钣金的连接，主观评价车内异响消失，进一步排查锁定车内异响是经空调低压管路传递。空调管路通常由铝管和橡胶管组装而成，其中铝管起到定位作用，橡胶管起到减振、隔振作用。如果橡胶管的隔振性能不足，空压机的脉动激励会通过管路传递至车身前围钣金，形成异响。传递率是衡量结构隔振能力的常用指标，传递率是指主动侧振动大小aa与被动侧振动大小ap的比值，常用对数表示：

传递率越大，说明隔振结构的隔振效果越好。為了增加空调管路的振动传递率，衰减空压机脉动激励经空调管路传递至前围壁板的振动峰值，通常采用增加空调软管的长度来提高管路的隔振衰减能力;此外，空调管路增加damper，用于抑制管路振幅亦是工程常用方案。根据上述机理分析，综合考虑空调管路的空间布置等因素，针对空调管路优化本文给出了以下改进验证方案，详见表2。为了对比不同方案的改进效果，在空调管路及膨胀阀处新增布置了振动传感器。

表3给出了不同改进方案的主观评价和客观测试数据对比。通过表3可以看出仅增加空调管路长度至374mm，车内异响仍不能接受;实施空调管路加长至374mm及增加330g质量块组合方案后，主观评价车内异响可以接受。

图5～图7给出了不同优化方案的客观数据频谱对比，红色曲线-原方案，绿色曲线-优化方案1，蓝色曲线-优化方案2。图5表明，车内360～450Hz 频段声压级降低与空调软管加长相关;250～300Hz 频段声压级降低与增加质量块相关。和原状态相比，实施软管加长及增加质量块组合方案后，见图8，车内200～500Hz异响频率段总体声压级降低2dBA，膨胀阀振动降低0.03g，空调管路振动降低0.09g。结合主观评价结果和客观数据对比分析，实施软管加长和增加质量块方案后，有效解决了车内开空调异响问题。

4    结语

空调压缩机工作过程中自身往复惯性激励以及吸排气过程中的脉动激励是引起空调系统NVH问题的常见振源。从噪声源头改进压缩机脉动噪声的方法通常有两种：（1）压缩机气路中增加单向阀减小气路直径，降低脉动噪声（2）吸气阀片的吸气口增加环形槽，降低脉动冲击力。从传递路径上改进脉动噪声通常是在管路系统中增加消声器。空调压缩机自身振动带来的NVH问题常见的工程解决方案是增加软管进行隔振或在管路上增加质量块抑制振幅。本文针对某SUV怠速开空调车内存在“突突”异响的问题，运用源-传递路径-响应的分析方法，借助噪声和振动频谱相关性分析的手段，通过实施空调管路加长增加质量块组合方案后，和原状态相比，车内异响频率段声压级降低2dBA，有效解决了空调开启车内异响的问题。

参考文献：

[1]马扎根，韩国华，许雪莹等.汽车空调压缩机引起的车内异响研究.噪声与振动控制[J]，2012（10）.

[2]王翔.基于改善吸排气脉动的汽车空调旋转斜盘式变排量压缩机的NVH改进.汽车实用技术[J]，2018（9）.

[3]顾灿松，邓国勇，何森东. 汽车空调系统异响引起的车内噪声研究与解决.汽车技术[J]，2008（11）.

[4]朱爱武. 空调压缩机对车内噪声的影响.噪声与振动控制[J]，2010（8）.

[5]陳志勇，毛阳，史文库等. 汽车空调压缩机噪声异常问题的诊断与试验. 振动，测试与诊断[J]， 2015（12）