怠速工況下車內空調噪聲測試與分析

李旭偉　 龐方超　楊東績　黃驥

摘 要：為了解決傳統燃油車的車內空調噪聲問題，通過一種車輛在怠速狀態下的試驗方法，以空調制冷模式、循環模式和風速擋位為變量，采集分析了車內常用座位的乘員耳邊噪聲，后續考慮乘員變化對車內噪聲的影響，進行了空調常用工況下的數據測試，通過對比分析找出了車內空調噪聲的分布規律，以及聲壓和聲品質參數的影響因素。結果表明：針對燃油車怠速工況下的空調噪聲測試方法干擾因素較少;采集的數據更有針對性;對于車輛空調噪聲與車內聲學環境的研究具有實際意義。

關鍵詞：燃油車 空調噪聲 頻譜分析 聲品質

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

空調系統是現代汽車不可或缺的部件系統之一，與車內乘員的舒適性密切相關。其性能的優劣，直接關系到車內空氣質量、車內環境溫濕度、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，直接影響人們對汽車品質的評價與認可。

隨著消費者對汽車舒適性要求的不斷提高，改善車內環境，降低空調噪聲成為整車廠在車輛開發過程中不可回避的問題之一。近年來國內針對空調系統的聲學設計、測試和改善進行了大量的研究工作。吉林大學束磊[1]針對某型號的空調鼓風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，發現噪聲源的位置和規律，提出了相應的結構改進方法，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]針對汽車空調系統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。同濟大學張立軍[3]針對汽車空調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。長城技術中心趙偉豐[4]對車輛在怠速狀態下懸置和風扇進行試驗分析，發現空調壓縮機對車內噪聲影響很大，甚至會傳遞到轉向系統產生振動，通過對相關系統的優化使得駕駛員耳邊噪聲和方向盤振動都有明顯改善。江蘇聯合職業技術學院王軍[5]等人針對汽車空調系統突出的噪聲問題進行了模態、隔振和流場的仿真優化，減少了空調振動向車身的傳遞，降低了進氣口的紊流噪聲。大連交通大學劉宗財[6]針對不同試驗車進行了車內噪聲的分析研究，找出了車速、車內位置和不同車輛結構對噪聲的影響規律，還提出了相應的降噪措施。

目前針對車內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，因此聲品質的研究也越來越受到重視。武漢科技大學楊航[7]針對某款SUV車型進行了怠速狀態下空調不同模式下噪聲信號的采集，并且從人的心理學角度分析了響度、尖銳度等聲品質參數，對比分析幾種客觀評價模型的預測能力，找出了建立聲品質評價模型的方法。重慶大學陳江艷[8]針對電動汽車空調壓縮機不同轉速工況下產生的噪音，在消音室內搭建臺架測試并分析了響度、尖銳度、粗糙度等聲品質參數，得到了壓縮機轉速和不同場點對聲品質的影響。武漢科技大學胡潥[9]對怠速狀態汽車空調不同工況下的聲品質進行了主客觀研究，建立了預測模型并提出了一套汽車空調聲品質的評價方案。

本文以某款傳統燃油車為研究對象，針對怠速狀態下車輛空調在不同工況時的乘員耳邊噪聲聲壓和聲品質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律，最后測試并分析了車內乘員對于空調噪聲的影響，找出了乘員對車內噪聲的影響規律。

1 測試工況的選取

本文以燃油車空調噪聲為研究對象，空調開啟過程中需要首先啟動發動機，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 汽車車內噪聲測量方法》中有關傳聲器位置的定義[10]，怠速和背景噪聲數據如表1所示，其中怠速工況副駕右耳噪聲值明顯高于其他測點，主要原因是發動機布置偏右側，且右側存在空調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。

汽車空調不同的工作模式主要區別在于風扇和壓縮機的工作狀態，本文考慮常用的幾種工作模式，測試工況如表2所示，每種工況均在空調達到穩定狀態后進行測量，均采用迎面風送風模式。

2 噪聲聲壓級數據分析

各個工況測得的聲壓級數值如表3所示，與表1中怠速不開空調相比，工況1的各點聲壓值大部分升高在1至2分貝區間內，主駕左耳略高于2分貝。通過對比可以發現，由于測試車輛出風口集中在前排，所以前排耳邊噪聲要大于后排噪聲，隨著擋位的升高風扇轉速增大，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，在風扇低轉速擋位比高轉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，與被測車輛怠速轉速750～800轉/分鐘對應頻率相關。在100Hz以上，頻率峰值較為分散，風扇和壓縮機開啟狀態的兩個主要峰值在150Hz和260Hz，工況5壓縮機開啟狀態下在510Hz處存在噪聲較大的波峰。在其余頻率段，沒有發現比較突出的峰值。

3 聲品質數據分析

聲品質是乘員對車內噪聲心理感受的客觀反應，本文使用Head Artemis Suite軟件分析各個工況的響度、尖銳度等聲品質參數，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果，如表4和5所示。通過分析可以看出，聲品質參數在各工況的變化規律與聲壓級類似，與后排相比，前排座位的聲品質參數較差，制冷工況比非制冷工況聲學環境惡略，風扇轉速對聲品質影響最大，特別是在轉速最大的擋位，各參數較其他工況變化非常明顯。在風扇低擋位幾個工況下，波動度參數的變化不太明顯。對比其他耳邊測點的聲品質數據，均與上述兩測點變化規律相同。

4 乘員對空調噪聲的影響

上述工況均是在無乘員乘坐狀態下進行的測試，而實際使用狀態均為車內有乘員的情況，因此本文對有乘員乘坐幾種情況下空調噪聲也進行了相關試驗研究，同樣從聲壓級和聲品質兩個方面分析車內聲學環境的變化規律。

選取了空調制冷內循環的四個風扇擋位工況對應的聲壓級，包含車內無人乘坐、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量的變化，導致車內聲場和流場發生變化，影響了二者的分布規律，導致聲音的傳播過程和聲壓級發生了改變。

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

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

5 結語

本文研究傳統燃油車怠速狀態下的車內空調噪聲情況，并對不同工況的噪聲分布規律進行了分析，主要得出以下結論：

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

（2）無人乘坐狀態下，車內聲品質響度、尖銳度、粗糙度、語音清晰度的分布規律與聲壓級大致相同。風扇在低轉速下，波動度變化非常小，風扇最大轉速聲品質參數變化十分明顯，對響度、語音清晰度的影響尤為突出。

（3）車內乘員對噪聲影響較為明顯，隨著乘員增多車內噪聲隨之降低，對于聲品質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。由于乘員數量的變化，車內聲場和流場發生變化，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噪聲的測試，為空調噪聲的研究改進提供了測試分析方法，后續可以針對新能源車輛開展相關試驗研究，在沒有發動機因素干擾的情況下，分析車內噪聲的規律以及對乘員的影響，改善車內的聲學環境。

參考文獻：

[1]束磊.汽車用鼓風機振動噪聲的優化設計[D].吉林大學，2019.

[2]沈思思，王洪強，顧國疆，等.汽車空調系統噪聲源識別的試驗研究[J].制冷與空調，2020，20（04）：42-46.

[3]張立軍，靳曉雄，黃鎖成，等.汽車空調壓縮機引起的車內噪聲試驗研究[J].汽車工程，2002（05）：398-402.

[4]趙偉豐.怠速開空調車內共振問題的優化[J].汽車工程師，2011（03）：36-38.

[5]王軍，劉曉明，劉躍鵬.某型號汽車空調的測試分析及優化設計研究[J].機電工程，2015，32（10）：1340-1343+1361.

[6]劉宗財.汽車車內噪聲測試與分析[J]，噪聲與振動控制，2013（10），33（5），84-85.

[7]楊航. 怠速工況汽車空調聲品質評價研究[D].武漢科技大學，2020.

[8]陳江艷，楊誠.電動汽車空調壓縮機噪聲測試及其聲品質客觀參量分析[J].噪聲與振動控制，2020，40（04）：155-160.

[9]胡潥.怠速工況汽車空調聲品質評價研究[J].汽車技術，2021，01（27）.

[10]全國聲學標準化技術委員會.聲學汽車車內噪聲測量方法：GB/T 18697-2002. 北京： 中國標準出版社，2002.

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。