张 静，王洪强，张继鑫，吴贵超，覃旗开，郑 东

（1.西南交通大学 机械工程学院，成都610031；2.先进驱动节能技术教育部工程研究中心，成都610031；3.南方英特空调有限公司，重庆401120)

随着我国汽车产业的快速发展和人们生活水平的日益提高，对汽车的NVH 性能的要求也越来越高[1]。汽车空调箱作为汽车内部的重要部件，其振动噪声水平对乘驾舒适性有重要影响。此外，对于目前处于快速发展的纯电动、燃料电池新能源汽车而言，没有了柴油（或汽油）发动机振动噪声的掩盖，其空调箱的噪声将会尤为突出[2]。因此，对于汽车空调箱的噪声产生机理、传播路径、以及控制技术的研究具有极其重要的意义。

李启良等通过台架试验的方法对某车型空调系统气动噪声以及出风口分配量进行了研究[3]。N Humbad研究了适用于评估HVAC气冲噪声、鼓风机电机噪声和执行器噪声的车辆级和台架噪声测试方法，并提出了一种新的噪声分析技术[4]。张筱璐等通过频谱分析中的CPB 和FFT 分析方法,确定空调室内机异常噪声的来源和频谱特性与压缩机相关，再通过声强分析,对近场噪声源进行准确定位[5]。卢喜等人运用分别运行法、频谱法和声强法分析了JSS-96 系列旋叶式汽车空调压缩机噪声的产生机理[6]。陈志勇等对汽车压缩机系统进行了试验诊断与分析,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，最终确定了异常噪声的原因[7]。

大量研究者对汽车空调箱气动噪声及压缩机系统进行了实验研究，但对汽车空调箱鼓风机噪声源识别的研究较少。鼓风机是汽车空调箱的主要噪声源[8]。其噪声性能易被乘客直观感受到，而与车辆的品质声挂钩。因此有效地控制汽车空调箱鼓风机噪声是降低汽车噪声的关键。要控制噪声，首先必须找出其主要噪声源，识别噪声源传播路径。

本文结合相干分析法[9]、局部屏蔽法、以及声压法，利用频谱分析确定异常噪声频谱特性[10]，进行识别噪声源识别和传播路径分析，通过局部屏蔽法和声压法识别噪声的产生机理，在此基础上提出并验证了空调箱鼓风机噪声抑制方法。

1 基本测试原理

1.1 相干性分析

描述系统输入或输出的2个频域信号的相关程度的时值函数就是相干函数。相干函数可以用来检测频响函数计算的有效性。在实际工程中，实测的输入输出两者的相干函数通常都小于1，计算的有效性要求相应的相干函数值大于0.75。

本文是利用实验测得的噪声和振动信号进行相干分析，计算两者的相干程度，从而确定噪声源的位置。

常相干函数是相干函数的基础，表达式为

式中：f为频率；γij(f)为输入信号Xi(f)和Xj(f)的常相干函数；H2ij(f)为输入信号Xi(f)到Xj(f)的频响函数；Gii(f)为输入信号Xi(f)的自谱；Gjj(f)为输出信号Xj(f)的自谱；Gij(f)为Xi(f)与Xj(f)的互谱[11]。

1.2 局部屏蔽法

由于被测体结构复杂，所以很难识别具体的噪声传播位置，所以采用隔声材料或者隔振垫进行局部屏蔽，逐一检测出噪声源传播路径。通过声压法测出局部屏蔽后的被测体噪声声压级，分析对比局部屏蔽前后的测试结果，识别出噪声传播路径。

1.3 声压法

式中：

K1i——第i点，背景噪声修正值；

N——测点数；

K2——环境反射修正值；

K3——温度、气压修正值。

然后，根据上述结果再确定声功率Lw：

式中：

Lw——A计权声功率级，dB；

S——测量表面面积，m2；

S0——基准面积，S0=1m2。

声压法测试简单高效，但受声源及测试条件影响较大，因而实验在消声室中进行[12]。

2 空调箱噪声源识别实验系统

2.1 测试件结构

空调箱主要由分配箱、蜗壳、鼓风机等构成，其中鼓风机是空调箱噪声的主要影响因素。本实验在空调箱鼓风机额定工况下进行，其额定转速为3 350 r/min，基频为56 Hz。如图1所示为实验中用到空调箱壳体和永磁直流鼓风机，

图1 蜗壳和永磁直流电机

2.2 测试环境

测量实验在半消声室中进行，实验室满足GB/T 3767-1996《声学声压法测定噪声源声功率级反射面上方近似自由场的工程法》要求的声学性能。模拟整车环境将试验汽车空调箱安装固定在台架上[13]，测量装置在消声室中的实物照片如图2所示。

2.3 试验仪器和测点布置

试验采用LMS 数据采集系统，2 个传声器和若干个加速度传感器，试验所需器材见表1所示。

图2 半消声室内空调箱台架试验安装图

表1 实验仪器

试验参考行业标准JB/T 4330-1999《制冷和空调设备噪声的测定》中规定，在空调箱前方左右方各布置一个传声器采集其噪声信号，左侧麦克风位置为测点1（与进风口较近），右侧麦克风位置为测点2（与出风口较近），如图3所示。

图3 麦克风安装位置

分别在进风口、出风口、电机布置振动传感器，传感器布置如图4示，其中各传感器方向在图中标出。

3 实验结果及分析

为了避免背景噪声过大影响试验结果，试验之前需要对背景噪声进行测试，测试声压级为28.5 dB（A）～29.8 dB（A），远远低于汽车空调运行的各个状态的噪声值，故测试结果真实可信，无需进行修正。

图4 传感器布置图

图5 各测点噪声信号和振动信号对比图

3.1 噪声源识别

通过相干性分析法，利用上述搭建的实验台进行测试，测得到麦克风处的噪声信号和进、出风口及电机的振动信号，如图5所示。

由图5（a）可以看出，出风口振动信号和噪声信号在频率在56 Hz 和664 Hz 同时出现峰值；频率为56 Hz、664 Hz 时，出风口振动信号与噪声信号相干性系数较高；由图5（b）可以得到，进风口振动信号和噪声信号在频率在56 Hz、2 401 Hz和3 365 Hz同时出现峰值；频率为56 Hz、2 401 Hz和3 365 Hz时，进风口振动信号与噪声信号相干性系数较高；由图5（c）可以得到，电机振动信号和噪声信号在频率在56 Hz、664 Hz和3 365 Hz同时出现峰值；频率为56、664 Hz 和3 365 Hz，电机振动与噪声信号相干性系数较高。

表1 各位置振动信号与噪声信号相干系数

图6 电机升速工况空调箱噪声信号

由表1可以看出，电机振动信号与噪声信号相干系数最大。并测得电机升速工况空调箱噪声信号如图6所示，图中出现明显的12 阶、60 阶的噪声信号。综上所述，可以得出12 阶、60 阶的噪声是电机的电磁振动引起；但是并未具体证明噪声是从电机如何传播的，所以后面利用局部屏蔽法识别噪声传播路径。

3.2 传播路径识别

3.2.1 加隔声罩屏蔽法

为了验证电磁噪声是否从电机端盖辐射出来，本实验在电机端盖（噪声辐射面）处加装橡胶隔声罩（安装时，隔声罩与电机端盖刚好接触不对电机施加任何外力作用），并对比有无隔声罩的实验结果，判断电机端盖是否辐射噪声。实验装置如图7所示，实验对比结果如图8所示。

图7 方案一电机端隔声罩

由测试结果（图8）可以看出，电机加上隔声罩后12 阶次、24 阶次以及60 阶次噪声均明显降低，因此这3 个阶次的噪声均是由电机产生，并通过电机端盖辐射出来；

3.2.2 加硅胶垫片屏蔽法

为了抑制电机传递到空调箱的噪声，本实验通过在电机与蜗壳连接处加上硅胶垫片的方法来实现降噪，如图9所示。实验对比结果如图10所示。

图8 方案一测试结果

通过该实验得出，12 阶、60 阶电磁噪声不仅从电机端盖辐射出来，也由电机传递给蜗壳所引起的局部结构振动而辐射出来。

所以可通过优化电机与其外壳的固定方式，抑制电磁噪声。

图9 电机与蜗壳连接处加硅胶垫片

图10 方案二测试结果

4 结语

本文通过相干分析法、局部屏蔽法、以及声压法研究表明12、60阶的噪声信号和电机振动信号相干系数最大，且12、60 阶的噪声是由电机的电磁振动引起的。12阶、60阶电磁噪声不仅从电机端盖辐射出来，也由电机传递给蜗壳所引起的局部结构振动而辐射出来。对此，本文提出了一种电机与其外壳的固定方式，减少了电机传递给蜗壳所引起的局部结构振动，最终抑制了电磁噪声的传播。