空調(diào)管路降噪優(yōu)化方案研究

張建國(guó) 俞曉勇

摘要：針對(duì)兩臺(tái)車(chē)型空調(diào)系統(tǒng)噪音大的問(wèn)題，分別進(jìn)行分析，均為空調(diào)低壓管振動(dòng)大造成的。對(duì)第一臺(tái)車(chē)的空調(diào)低壓管進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，通過(guò)振動(dòng)傳遞性的測(cè)試方法確定了更換膠管材料和增加膠管長(zhǎng)度的優(yōu)化方案。并在此基礎(chǔ)上在管路中增加了消音器。對(duì)第二臺(tái)車(chē)的空調(diào)低壓管進(jìn)行了增加配重塊的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。兩臺(tái)車(chē)的優(yōu)化方案通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，明顯降低了車(chē)內(nèi)的噪音，極大地改善了乘車(chē)的舒適性。

主題詞：汽車(chē)空調(diào);降噪 膠管;消音器;配重塊

中圖分類(lèi)號(hào)：U463.85+1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：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

汽車(chē)空調(diào)的噪聲是用戶(hù)比較關(guān)注的問(wèn)題，因此空調(diào)系統(tǒng)降噪對(duì)于提高車(chē)內(nèi)成員的舒適度非常重要。壓縮機(jī)是汽車(chē)空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)重要的振動(dòng)源[1-2]。汽車(chē)空調(diào)管路是空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)冷媒流動(dòng)的通道，直接傳遞著壓縮機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)。因此，空調(diào)管路的減震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[3-4]對(duì)降低車(chē)內(nèi)噪音至關(guān)重要。下面以?xún)蓚€(gè)實(shí)車(chē)案例分析空調(diào)管路結(jié)構(gòu)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)降噪的影響。

1? ? 膠管和消音器對(duì)降噪的影響

某車(chē)型在設(shè)計(jì)初期，怠速開(kāi)啟空調(diào)時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)、電子扇等部件的共同作用下，導(dǎo)致車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)較高。車(chē)內(nèi)前后排均有明顯的耳膜壓迫感，同時(shí)，壓縮機(jī)支架振動(dòng)也比較大。車(chē)內(nèi)測(cè)得的總聲壓級(jí)為51.04dB（A）。測(cè)試發(fā)現(xiàn)在150Hz～200Hz頻率段車(chē)內(nèi)噪聲存在較大峰值，同時(shí)空調(diào)低壓管的振動(dòng)在此頻率段同樣存在峰值。空調(diào)低壓管平均振動(dòng)加速度和車(chē)內(nèi)噪音在150Hz～200Hz頻率段測(cè)試結(jié)果如圖1所示

對(duì)圖1進(jìn)行分析，初步推斷空調(diào)低壓管振動(dòng)大是引起車(chē)內(nèi)噪聲在150Hz～200Hz頻率段出現(xiàn)峰值的主要原因。

空調(diào)低壓管安裝在壓縮機(jī)吸氣口上，作為振動(dòng)源，壓縮機(jī)的吸氣壓力波動(dòng)對(duì)空調(diào)低壓管上的膠管造成較大的沖擊，引起膠管的震動(dòng)。由于空調(diào)管路安裝在車(chē)身上，因此這種震動(dòng)通過(guò)車(chē)身結(jié)構(gòu)傳遞到車(chē)內(nèi)。車(chē)內(nèi)成員感知可以接受的噪音聲壓級(jí)一般要≤47dB（A）[5]，但是車(chē)內(nèi)測(cè)到的總聲壓級(jí)為51.04dB（A）。因此需要對(duì)膠管進(jìn)行優(yōu)化，提高膠管的減震性能。

該車(chē)型空調(diào)低壓管上的膠管材料是按照標(biāo)準(zhǔn)QC/T 644-2000汽車(chē)空調(diào)（HFC-134a）用膠管中 C型橡膠管選用的，為五層普通膠管。膠管原設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為370mm。對(duì)原車(chē)膠管樣件進(jìn)行振動(dòng)傳遞性測(cè)試。計(jì)算公式如下：

式中，VS為隔振率，代表膠管隔離振動(dòng)的能力。PA為被動(dòng)側(cè)加速度，DA為主動(dòng)側(cè)加速度。一般要求VS≥15dB。

臺(tái)架測(cè)試示意圖如圖2所示：

在圖2的臺(tái)架試驗(yàn)中，樣件需要使用氮?dú)獬鋲海瑝毫χ?.5Mpa。樣件需要制成72h以上，試驗(yàn)環(huán)境溫度設(shè)置在20℃～25℃之間。樣件在測(cè)試溫度中要保存8h以上。在主動(dòng)側(cè)垂直于軟管軸向施加29.4m/s2的加速度，振動(dòng)頻率20Hz～600Hz （10分鐘掃頻）。原車(chē)膠管樣件按照上述的測(cè)試方法得到在150Hz～200Hz頻率段的平均VS=12.3dB。與VS≥15dB的要求有一定的差距。為了達(dá)到要求，從兩方面對(duì)膠管進(jìn)行了更改。首先對(duì)膠管的材質(zhì)進(jìn)行了更改，選用了硬度更低的柔性管。其次，在整車(chē)周邊零件間隙允許的情況下，盡可能加長(zhǎng)膠管的長(zhǎng)度。最終將膠管長(zhǎng)度增加到450mm。更改后的樣件進(jìn)行振動(dòng)傳遞性測(cè)試，在150Hz～200Hz頻率段的平均VS=15.6 dB，滿(mǎn)足了隔振率的要求。零件更改前后結(jié)構(gòu)及試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如圖3所示：

將更改后的零件裝車(chē)進(jìn)行噪音測(cè)試。車(chē)內(nèi)噪聲在150Hz～200Hz頻率段的峰值降低4dB（A）。效果比較明顯。測(cè)試結(jié)果如圖4所示。但是由于此車(chē)輛上的冷卻風(fēng)扇引起的40Hz處的噪音峰值較高，因此，車(chē)內(nèi)總的聲壓級(jí)降低較少，依然有50.41dB（A）。未達(dá)到≤47dB（A）的目標(biāo)值。

需要繼續(xù)對(duì)空調(diào)低壓管進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，進(jìn)一步提高零件的減震性能。在空調(diào)低壓管周邊空間允許的情況下，在管路上增加了寬頻消聲器。零件更改前后結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖5所示：

消音器為單腔擴(kuò)張型消音器。降噪量可按下式計(jì)算：

從上式中可以看出，當(dāng)sin?kl=1（kl為π/2的奇數(shù)倍）時(shí)，m值越大，消音量越大。按照以上公式，結(jié)合噪音頻率段及管路周邊空間，選用消音器的直徑為50mm，有效內(nèi)部長(zhǎng)度為35mm。更改后的零件再次裝車(chē)進(jìn)行噪音測(cè)試。結(jié)果顯示車(chē)內(nèi)噪聲在150Hz～200Hz頻率段的峰值降低5dB（A）。測(cè)試結(jié)果如圖6所示。車(chē)內(nèi)總的聲壓級(jí)降低46.09dB（A）。達(dá)到了≤47dB（A）的目標(biāo)值。

空調(diào)低壓管三種結(jié)構(gòu)方案的噪音測(cè)試結(jié)果對(duì)比如表1所示：

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：空調(diào)低壓管使用柔性膠管并增加膠管長(zhǎng)度和增加消音器對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的減震降噪效果較好。實(shí)車(chē)體驗(yàn)效果良好。空調(diào)低壓管最終采用此設(shè)計(jì)方案。

2? ? 低壓管增加配重塊對(duì)降噪的影響

某車(chē)型在試駕過(guò)程中，怠速關(guān)空調(diào)工況，車(chē)內(nèi)噪音較大，前后排均有明顯的振動(dòng)感，影響駕駛舒適度。實(shí)車(chē)測(cè)試發(fā)現(xiàn)空調(diào)低壓管的膠管在210Hz附近處的振動(dòng)較大。由于該車(chē)型發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)的零件布置比較緊湊，沒(méi)有足夠的空間來(lái)增加膠管長(zhǎng)度和消音器。該低壓管的膠管在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)選用了柔性管。為了抑制膠管的振動(dòng)，通過(guò)在膠管上增加配重塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。增加配重塊可以讓膠管獲得更大的質(zhì)量，加大慣性，減小膠管抖動(dòng)幅度，使膠管在受到氣壓波動(dòng)影響時(shí)更加穩(wěn)定。零件結(jié)構(gòu)如圖7所示：

在空調(diào)低壓管上布點(diǎn)測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)顯示在膠管長(zhǎng)度的1/3處增加200g的配重塊，空調(diào)低壓管的膠管在210Hz附近振動(dòng)明顯降低，Y向振動(dòng)降低約70%。測(cè)試數(shù)據(jù)如圖8所示。

在車(chē)內(nèi)主駕右耳位置和第二排中間位置布點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，怠速關(guān)空調(diào)時(shí)，前后排車(chē)內(nèi)噪聲降低約1.3dB（A），210Hz附近峰值消失。測(cè)試數(shù)據(jù)如圖9所示。實(shí)車(chē)感受效果良好，駕乘的舒適度明顯提高。

3? ? 結(jié)論

通過(guò)兩個(gè)實(shí)車(chē)案例分析，空調(diào)管路結(jié)構(gòu)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)降噪的影響得出以下兩個(gè)結(jié)論：

a. 空調(diào)低壓管路中使用較長(zhǎng)的柔性膠管和在管路中加入消音器對(duì)空調(diào)系統(tǒng)中的噪音有很好的抑制作用。

b. 在空調(diào)管路的膠管上增加一定重量的配重塊，對(duì)降低膠管的振動(dòng)具有良好的效果。本文中的空調(diào)管路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案具有一定的參考價(jià)值。

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