1、基于 TEST.LAB 的空压机噪声诊断与试验研究 *摘要 为寻找某国产轿车空调开启时车内噪声较大及怠速车内出现间歇性异常噪声问题，通过LMS公司的Test.lab对样车及其压缩机系统进行了试验诊断与分析，试验内容包括样车摸底试验、压缩机安装状态的刚体模态试验、压缩机在消声室中的台架试验等，最终确定压缩机噪声较大原因为空调管路制冷剂冲击导致的管路振动噪声向车内的直接传递，间歇性异常噪声问题原因为压缩机工作频率与发动机8阶工作频率的拍频。根据诊断结果，提出了相应的两项改进措施，并用Test.lab 对改进后的样车进行了试验验证，结果表明改进效果比较明显。关键词 汽车；空压机；噪声；试验诊断；Te
2、st.lab中图分类号 U463.8*作者简介：陈志勇，1980 年生，博士，讲师，主要研究方向：汽车系统动力学与控制。国家自然科学基金资助项目（编号 51205158） ；中国博士后科学基金面上资助项目（编号 2013M541294） 。引 言随着乘客对车辆振动噪声要求的不断提高，NVH 特性逐渐成为车辆乘坐舒适性的一个重要评价指标。空调压缩机作为汽车空调系统的心脏，在车辆温度调节的过程中起着相当重要的作用，但其同时也作为一个不可忽略的振动源，影响着整车的乘坐舒适性 1-2。轴向活塞式压缩机目前广泛应用于汽车空调系统上，由于活塞的往复惯性力和制冷剂在压缩机及管路中的振动，使得压缩机噪声往往成
3、为除了发动机噪声外的第一大噪声源，这一问题在汽车怠速或低速时表现的尤为突出 3-6。空调压缩机负荷随着环境温度的升高而变大，负荷增大往往噪声也会增大，在夏季高温地区，异常的压缩机噪声更加令驾驶者难以接受，使汽车的驾驶舒适性急剧下降 7-10。本文针对某自主品牌轿车空调开启时车内噪音较大且怠速时出现周期约为 3 秒的间歇性异常噪声等问题，通过 LMS 公司的 Test.lab 对整车及台架进行问题诊断和试验研究，提出改进方案并进行方案验证。1 噪声异常问题描述问题样车如图 1 所示，其所用空调压缩机为 7缸变排量轴向活塞式压缩机。图 1 问题样车为了分析异常噪声原因，对问题样车进行了摸底试验，试
4、验工况为怠速空调开关，和驻车发动机升转速空调开关，在压缩机本体、车内乘员座椅导轨布置加速度传感器，在车外压缩机近场和车内驾驶员右耳处布置传声器测量加速度信号和声压信号，如图 2 所示。图 2 测试传感器位置怠速工况开关空调车内声压值分别为46.75dB(A)和 43.76 dB(A)，如图 3 所示，可以看出空调开启后车内噪声提高 3 dB(A)，造成车内噪声环境恶化。 2 0.00 30.00s30.0050.00dB(A)Pa0.001.00Amplitude46.7543.76F Overall level sound_inter (A) 体体体体F Overall level soun
5、d_inter (A) 体体体体图 3 怠速工况空调开关车内声压值为了研究噪声的频率成分，进行噪声源的识别，对车内噪声进行了谱分析，如图 4，可以看出车内噪声 101.5Hz 峰值达到 43.6dB(A)，甚至高于发动机二阶工作频率峰值，怠速开空调压缩机工作频率为： rpm=10.5Hz60发 动 机 转 速 （ 75） 压 缩 机 速 比 （ .） 缸 数 （ 7）10.00 200.00Hz0.0050.00dB(A)Pa0.000.23Amplitudeg101.5025.0043.60F 体体体体体体AutoPower 750rpmB 体体体体体体体体体AutoPower 750rpm
6、图 4 车内噪声与压缩机振动频谱为了进一步确认噪声来源，提取了压缩机本体振动加速度频谱，如图 4 所示，可以看出，压缩机本体振动以其工作频率 101.5Hz 峰值最高，由此可以基本确认，怠速空调开启时车内噪声明显升高是由压缩机引起。针对车内间歇性异常噪声问题，对车内声压信号进行了时域跟踪，如图 5 所示，并针对 101.5Hz进行了频率切片，如图 6 所示。0.00 200.00Hzsound_inter (CH29)0.0030.00sTime0.0040.00dB(A) Pa101.50图 5 车内噪声时域跟踪图0.00 30.00sTime40.0045.00dB(A)Pa0.001.0
7、0Amplitude13.4910.1943.7440.84F 体体体体体体101.5Hz体体体体图 6 车内噪声 101.5Hz 频率切片从图 6 可以看出，车内 101.5Hz 频率噪声随时间呈周期为 3 秒、幅值为 3 dB(A)的变化，这是造成车内间歇性噪声的原因。2 问题诊断与研究针对怠速空调开启车内噪声 101Hz 峰值最高问题，需要进行压缩机及其支架系统的模态试验，以验证是否共振引起振动噪声问题，测试状态为压缩机在整车安装状态，在压缩机本体上布置 8 个三向加速度传感器，以力锤激励，测试频响函数进行压缩机刚体模态的计算。第一阶刚体模态振型如图7 所示，其它阶模态振型限于篇幅没有列
8、出。模态频率如表 1 所示。表 1 压缩机刚体模态频率模态阶次 1 2 3 4 5 6模态频率/Hz 136 161 169 184 247 356图 7 压缩机第一阶刚体模态模态测试结果显示，第一阶刚体模态频率为136Hz，远大于压缩机怠速时工作频率 101.5Hz，所以排除压缩机共振可能。由于膨胀阀连接空调低压管路，是空调管路振动传递到车身的直接通道，为了进一步振源诊断，测试了膨胀阀位置振动信号，如图 8 所示。第*期 陈志勇 等, 基于 TEST.LAB 的空压机噪声诊断与试验研究 3 10.00 200.00HzPZF:-Y (CH8)0.000.02Amplitudeg0.001.0
9、0Amplitude101.50F 体体体体体AutoPower 750rpm图 8 膨胀阀位置振动频谱从台架试验数据可以看出，压缩机工作频率切片仅有约 1 dB(A)的幅值变化，压缩机本身没有产生间歇性异常噪声。考虑到怠速时发动机 8 阶工作频率为 100Hz，推断车内间歇性异常噪声由压缩机工作噪声和发动机 8 阶噪声拍频引起。3 改进措施实施与验证根据问题诊断试验结果，针对空调管路振动问题，提出在低压管靠近压缩机位置加装消声器，如图 12 所示，针对拍频问题，提出更改压缩机带轮直径，由原来的 120mm 改为 115mm，使怠速时压缩机工作频率远离发动机 8 阶工作频率。图 12 空调管路
10、消音器怠速时开/关空调车内噪声分别为 44.7 dB(A)和 43.6 dB(A)，如图 13 所示，两者相差仅 1.1 dB(A)，空调噪声相对改进前有明显的改善。0.00 20.00s30.0050.00dB(A)Pa0.001.00Amplitude44.7143.62F Overall level in_side (A) 体体体体F Overall level in_side (A) 体体体体图 13 改进后开/关空调车内噪声值由于压缩机带轮变小，速比提高，怠速时压缩机工作频率变为 106Hz，怠速时车内噪声频谱如图14 所示，可以看出，压缩机工作噪声峰值降为22.1 dB(A)，相对
11、改进前的 43.6dB(A)有明显改善。10.00 200.00Hzin_side (CH17)0.0040.00dB(A)Pa-100.000.00dB106.0022.12F 体体体体体体AutoPower 750rpm图 14 改进后车内噪声频谱根据主观评价，车内间歇性异常噪声消失，为客观验证，对车内噪声进行了时域跟踪，如图 15所示，并对压缩机工作频率 106Hz 进行了切片分析，如图 16 所示，可以看出，车内噪声 106Hz 频率成分没有明显的周期性变化，这是车内间歇性异常噪声消失的原因。0.00 200.00Hzin_side (CH17)0.0020.00sTime0.0040
12、.00dB(A) Pa106.00图 15 改进后车内噪声时域跟踪0.00 20.00sTime15.0025.00dB(A)Pa0.001.00Amplitude21.1122.69F 体体体体106Hz体体体体图 16 改进后车内噪声 106Hz 频率切片由于改进的措施主要针对怠速工况实施，为验证对其它转速的影响，进行了驻车发动机升转速工况试验，空调开启车内噪声值随发动机转速变化曲线如图 17 所示，可以看出，改进措施对其它转速工况也是有效的。 4 900.00 3500.00rpm45.0070.00dB(A)Pa0.001.00AmplitudeF Overall level soun
13、d_inter (A) 体体体F Overall level in_side (A) 体体体图 17 空调开启驻车匀加转速工况车内噪声值5 结论针对空调开启时车内噪声较大及怠速时车内出现间歇性异常噪声问题，通过 Test.lab 对样车及其压缩机进行了试验诊断与分析，试验内容包括样车摸底试验、压缩机安装状态的刚体模态试验、压缩机在消声室中的台架试验等，最终确定压缩机噪声较大原因为空调管路冷媒冲击导致的管路振动噪声向车内的直接传递，间歇性异常噪声问题原因为压缩机工作频率与发动机 8 阶工作频率的拍频。根据试验诊断结论，提出两种改进措施：在压缩机低压管路加装消音器；改变压缩机皮带轮直径。对实施改进
14、措施的样车进行了试验验证，结果表明，改进效果较为明显，不仅怠速工况，发动机其它转速工况的车内噪声也有所下降。本文所使用的振动噪声诊断方法和试验流程也可以为其它相似问题提供参考。参 考 文 献1 孙启甲.实车空调系统异响诊断技术研究，D. 重庆：重庆大学，2012.Sun Qijia. Study on abnormal sound diagnosis of cars conditioning systemD. Chongqing: Chongqing University ,2012.2 卢喜，杨诚. 旋叶式汽车空调压缩机的噪声源识别J. 重庆大学学报（自然科学版），2006,29(8): 7
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16、f automotive air-conditioner compressorJ. Automobile technology, 2003,(5): 20-23. 4 房师毅，李连生，束鹏程等. 无油润滑涡旋式空调压缩机的工作过程研究J. 中国机械工程，2005,16(2):123-127.Fang Shiyi, Li Liansheng, Shu Pengcheng, et al. Study on working process of an oil-free scroll air compressorJ. China Mechanical Engineering, 2005,16(2):1
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19、echnology, 1999,28(1):89-93.9 张立军，靳晓雄，黄锁成等. 汽车空调压缩机引起的车内噪声试验研究J. 汽车工程，2002,24(5): 398-402.Zhang Lijun, Jin Xiaoxiong, Huang Suocheng, et al. Experimental reaserch on the car interior noise caused by air conditioning compressorJ. Automotive Engineering, 2002,24(5): 398-402. 10 潘军，王屹，蒋祖华等. 斜盘式汽车空调压缩机动力特性仿真J.流体机械, 2002， 30(1) : 44-48.Pan Jun ,Wang Yi, Jiang Zuhua, et al. Dynamic Simulation of swach plate compressor in automotive air conditioning systemJ.Fluid Machinery, 2002， 30(1) : 44-48.
