CN113548134B - 一种空调通风噪音计算的系统和方法 - Google Patents

一种空调通风噪音计算的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空调通风噪音计算的系统和方法，包括：分别测量多个设定模式的多档位下的空调总风量值Qi和对应风量下的通风噪音声压级Li；通过线性拟合计算得出所述总风量值Qi和风量为Qi时各个频率fj下通风噪音声压级
Figure DDA0003136870440000011
的函数关系中的斜率
Figure DDA0003136870440000012
和常数
Figure DDA0003136870440000013
对各频率下的噪音值进行叠加计算得到人耳处的总声压级Li。利用本发明所述的方法可快速计算任何风量下的人耳处的噪音，也可通过测量人耳处的噪音值计算出总风量，从而找到兼顾热性能和声学性能的最优风量值，便捷确定空调风量标定软件策略；还可对不同车辆的空调通风噪音进行对标，针对不同车型计算固定风量下的噪音并对比，排除软件对噪音的影响，更好地对硬件性能进行对比。

Description

一种空调通风噪音计算的系统和方法
技术领域
本发明属于噪音计算技术领域，具体涉及一种空调通风噪音计算的系统和方法。
背景技术
随着汽车行业的发展，顾客对汽车的舒适性要求越来越高，其中空调的噪声是顾客比较抱怨的一项，在所有顾客抱怨中排名前五，而且在所有抱怨空调噪声的客户中，有四分之三是抱怨空调的通风噪声，因此空调通风噪音的计算分析就显得尤为重要。
空调通风是指外界空气由进气口途径防火墙通道，经过鼓风机的激励，由空调箱进入通风管，然后从仪表板出风口进入乘员舱，最后由排气口排出车外的整个过程。空调的通风噪声就是通风过程中产生的噪声。通风噪声属于气动声学，主要由于通风系统刚性表面上有不稳定的气流压力，或者紊流冲击到物理表面，然后就产生了气动噪声。
目前针对空调气动噪声的计算方法，主要是基于流体力学计算软件，对通风管道内的流场进行计算分析，有限元网格数量庞大，需要耗费大量的计算资源和时间。此外对于人耳处实际听到的声音，还没有有效的方法去计算，有研究采用流体力学计算先得到管路声源，再通过统计能量法计算车内噪音，只能大概计算总体的声压级，无法得到频谱图，精度也很有限。
发明内容
本发明旨在提出一种空调通风噪音计算方法，
实现本发明目的之一的空调通风噪音的计算方法的技术方案为：分别测量多个设定模式下多个档位下的空调总风量值Qi和对应风量下的通风噪音声压级Li；通过线性拟合计算得出所述总风量值Qi和风量为Qi时各个频率fj下通风噪音声压级
Figure BDA0003136870420000021
的函数关系中的斜率
Figure BDA0003136870420000022
和常数
Figure BDA0003136870420000023
对各个频率下的噪音值进行叠加计算得到人耳处的总声压级Li。
所述多个设定模式为空调设定的模式，比如全冷吹面外循环模式；所述多个档位为每个模式下对应的风量档位。
在风量台架上测量各个模式各个档位的空调进风总风量Q，接着测量对应模式和档位的人耳处稳态噪音值，得到n组不同风量下的对应的人耳处的稳态噪音值；通过推导可知人耳处的噪音声压级和空调箱总风量的对数成线性关系；因此通过对n组不同风量下的对应的人耳处的稳态噪音值进行线性拟合计算可计算出此线性关系对应的参数；然后对各个频率下的噪音值进行叠加计算得到人耳处的总声压级Li。
进一步的技术方案包括：人耳处的噪音声压级和空调箱总风量Q的对数成线性关系。
进一步的技术方案包括：还包括背景噪音声压级的测量。
进一步的技术方案包括：还包括选取每个设定模式的每个档位下的通风噪音与背景噪音声压差值大于设定值的空调总风量值和对应风量下的噪音声压级进行所述线性拟合计算，以使计算结果更精确。
进一步的技术方案包括：所述通过线性拟合计算得出所述总风量值Qi和风量为Qi时各个频率fj下通风噪音声压级
Figure BDA0003136870420000031
的函数关系中的斜率
Figure BDA0003136870420000032
和常数
Figure BDA0003136870420000033
还包括对人耳处噪声测量结果进行傅里叶变换得到1/n倍频程频谱结果，对此1/n频程频谱结果的每个频率下的通风噪音声压级和风量值进行线性拟合从而得到斜率
Figure BDA0003136870420000034
和常数
Figure BDA0003136870420000035
进一步的技术方案包括：通过线性拟合计算得出所述总风量值Qi和风量为Qi时各个频率fj下通风噪音声压级
Figure BDA0003136870420000036
的函数关系中的斜率
Figure BDA0003136870420000037
和常数
Figure BDA0003136870420000038
后，还可通过测量人耳处的噪音值，以及将斜率
Figure BDA0003136870420000039
和常数
Figure BDA00031368704200000310
代入得到对应的空调总风量值。
实现本发明目的之二的空调通风噪音计算的系统，包括：风量测量模块，用于测量各设定模式的各档位下的总风量；人耳噪声测量模块：用于测量各设定模式的各档位下的人耳处的噪音值；参数计算模块：用于计算通风噪音声压级和风量值的函数参数值；噪音计算模块：用于计算各个不同风量下人耳处的噪音值；噪音比较模块，用于对比各个工况下通风噪音和背景噪音声压级的差异。
进一步的技术方案包括：此系统还包括背景噪音计算模块，用于测量各设定模式的各档位下的背景噪音。
所述背景噪音指不开空调时的噪音，比如发动机噪音、环境噪音、车辆怠速下的噪音。背景噪音可实时测试，也可针对每种设定模式预先标定。如果背景噪音过大，通风噪音测量的结果就会受到影响，不够精确。
进一步的技术方案包括：此系统还包括总风量计算模块，用于计算各设定模式的各档位下的总风量值。
通过前述本发明所述的方法可以求出人耳处的噪音值和空调总风量的线性关系，从而可以通过测量每个设定模式的每个档位下人耳处的噪音值来反推计算出对应空调的总风量值。
进一步的技术方案包括：所述参数计算模块还包括频程频谱计算模块：对人耳处噪声测量结果进行傅里叶变换得到1/n倍频程频谱结果；线性推合计算模块：对多个通风噪音声压级和风量值进行线性拟合从而得到通风噪音声压级和风量值的函数参数值：斜率
Figure BDA0003136870420000041
和常数
Figure BDA0003136870420000042
利用本发明所述的方法，可快速计算任何风量下的人耳处的噪音，也可以通过测量人耳处的噪音值从而计算出总风量，从而实现座舱热舒适性能和声学舒适性能交汇，找到可保证热性能和声学性能都能得到兼顾的最优风量值，快速便捷地确定空调风量标定软件策略；同时可以更好地对不同车辆的空调通风噪音进行对标，对不同车型可以计算某一固定风量下的噪音并进行对比，这样排除了软件对噪音的影响，更好地对硬件性能进行对比。
附图说明
图1为本发明所述的计算流程图；
图2为某车型利用本发明所述的方法计算的通风噪声和测试结果对比图。
具体实施方式
下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
车内人耳处的声音不仅和管道处的声源有关，还和座舱内传递路径上的吸隔声相关。
其中声源为气动噪声，可以类比为单极子、双极子和四极子声源。单极子声源声功率与气流速度的4次方成正比:
Figure BDA0003136870420000051
式中W1为单极子声源的声功率，ρ0为流体密度，l为物体的特征尺寸，c为流体中的声速，v为流体流速；W1可简化为:
W1＝A1·v4 (2)
双极子声源声功率W2与气流速度的6次方成正比:
Figure BDA0003136870420000052
可表达为:
W2＝A2·v6 (4)
四极子声源声功率W4与气流速度的8次方成正比:
Figure BDA0003136870420000053
可表达为:
W4＝A4·v8 (6)
单极子、双极子和四极子声源的声功率级
Figure BDA0003136870420000061
即为：
Figure BDA0003136870420000062
Figure BDA0003136870420000063
Figure BDA0003136870420000064
式中Wref为参考声功率，值为10-12w。
实际情况，声源是由的单极子、双极子和四极子三种声源组成，因此通过公式(7)、公式(8)及公式(9)可将总声功率级表达为：
LW＝x·log(v)+y (10)
式中x，y为常数，对于不同的空调箱结构，x值一般在40-80之间。对于给定的车型，管路声源声功率级到车内乘客人耳处的声压级的传递函数是固定的常数constant：
LP＝LW+constant＝x·log(v)+y+constant (11)
式中LP为人耳处的声压级，constant为常数
空调吹风管路内风速各个位置随着管路走向、位置变化都各不相同，无法得到精确的风速用来计算。但各个位置的风速和空调的总风量成正比，总风量是比较容易精确地获得：
Figure BDA0003136870420000065
式中Q为风量，S为管路的截面积，ρ是流体密度，v表示流体流速；那么结合公式(11)和公式(12)，可得：
LP＝x·log(Q)-x·log(ρS)+y+constant
将式中-x·log(ρS)+y+constant定义为z，可得：
LP＝x·log(Q)+z (13)
故人耳处的噪音声压级和空调箱总风量的对数成线性关系，只需要得到x，z的值，即可计算任何风量下人耳处的噪音值。
对于不同的风量Qi对应的人耳处声压级为Li，通过测量n个不同风量下的声压级，可以拟合得到x和z的值：
Figure BDA0003136870420000071
Figure BDA0003136870420000072
以某个汽车车型为例，空调有8个风量档位V1-V8，在风量台架上测量各个模式各个档位的空调进风总风量Q，接着测量对应模式和档位的人耳处稳态噪音值，进行傅里叶变换得到频域1/n倍频程频谱结果。噪音测量可以在熄火或者怠速发动机启动的情况下进行，也可以给鼓风机输入某些固定电压，得到不同风量的工况，代替实车的多个档位。如表1所示为全冷吹面外循环模式的1/3倍频程测量结果。所述工况表示工作状态，比如吹面或除霜是不同的工况，制热或制冷是不同的工况，一档风或八档风也是不同的工况。
接着对比各个档位噪声声压级和空调关时的背景噪音声压级，每个频率下选取通风噪音与背景噪音声压差值大于设定值的空调总风量值和对应风量下的背景噪音声压级进行计算，以计算对应的
Figure BDA0003136870420000073
和
Figure BDA0003136870420000074
本实例中此设定值设为3dB(A)，但不限于此值；本实施例中选取怠速时的噪音为背景噪音，背景噪音的测量值为38dB(A)，如表1所示，1、2档风量的通风噪音分别为39.3和40.7，与背景噪音声压级相差小于设定值3dB(A)，因此1、2档风量的值不参与所述的拟合计算。
Figure BDA0003136870420000081
和
Figure BDA0003136870420000082
通过公式14、15、利用V3～V8总共6个档位的风量和噪音值计算得到。接着通过
Figure BDA0003136870420000083
和
Figure BDA0003136870420000084
就可计算任何风量Qi下的各个频率下的噪音声压级，如公式16，
Figure BDA0003136870420000085
为风量为Qi时频率fj下的噪音声压级。所述背景噪音指不开空调时的噪音，比如发动机噪音、环境噪音。如果背景噪音过大，通风噪音测量的结果就会受到影响，不够精确。
Figure BDA0003136870420000086
通过各个频率下的声压可以得到风量Qi下的总声压级为Li：
Figure BDA0003136870420000087
计算过程如下表所示。
Figure BDA0003136870420000088
Figure BDA0003136870420000091
表1全冷吹面外循环模式的1/3倍频程测量结果
如图2所示，为利用本发明所述的方法计算的某车型7档风通风噪音的计算结果，实线为测量结果，虚线为计算结果。
本发明适用于各种类型的车辆，可以是燃油车、动力电池车辆或者混合动力车辆，也可适用于飞机或者其他可以测量空调总风量的机械，比如工程机械或者家用空调。

Claims (10)

1.一种空调通风噪音的计算方法，其特征在于，分别测量多个设定模式的多个档位下的空调总风量值Qi和对应风量下的通风噪音声压级Li；通过线性拟合计算得出所述总风量值Qi和风量为Qi时各个频率fj下通风噪音声压级
Figure FDA0003136870410000011
的函数关系中的斜率
Figure FDA0003136870410000012
和常数
Figure FDA0003136870410000013
对各个频率下的噪音值进行叠加计算得到人耳处的总声压级Li。
2.如权利要求1所述的空调通风噪音的计算方法，其特征在于，人耳处的噪音声压级和空调箱总风量Q的对数成线性关系。
3.如权利要求1所述的空调通风噪音的计算方法，其特征在于，还包括背景噪音声压级的测量。
4.如权利要求3所述的空调通风噪音的计算方法，其特征在于，还包括选取多个设定模式的多个档位下的通风噪音与背景噪音声压差值大于设定值的空调总风量值和对应风量下的噪音声压级进行所述线性拟合计算。
5.如权利要求1所述的空调通风噪音的计算方法，其特征在于，所述通过线性拟合计算得出所述总风量值Qi和风量为Qi时各个频率fj下通风噪音声压级
Figure FDA0003136870410000014
的函数关系中的斜率
Figure FDA0003136870410000015
和常数
Figure FDA0003136870410000016
还包括对人耳处噪声测量结果进行傅里叶变换得到1/n倍频程频谱结果，对此1/n频程频谱结果的每个频率下的通风噪音声压级和风量值进行线性拟合从而得到斜率
Figure FDA0003136870410000017
和常数
Figure FDA0003136870410000018
6.如权利要求1所述的空调通风噪音的计算方法，其特征在于，通过线性拟合计算得出所述总风量值Qi和风量为Qi时各个频率fj下通风噪音声压级
Figure FDA0003136870410000021
的函数关系中的斜率
Figure FDA0003136870410000022
和常数
Figure FDA0003136870410000023
后，还可通过测量人耳处的噪音值，以及将斜率
Figure FDA0003136870410000024
和常数
Figure FDA0003136870410000025
代入得到对应的空调总风量值。
7.一种空调通风噪音计算的系统，其特征在于，包括：风量测量模块，用于测量多个设定模式的多个档位下的总风量；人耳噪声测量模块：用于测量多个设定模式的多个档位下的人耳处的噪音值；参数计算模块：用于计算通风噪音声压级和风量值的函数参数值；噪音计算模块：用于计算多个不同风量下人耳处的噪音值；噪音比较模块，用于对比多个工况下通风噪音和背景噪音声压级的差异。
8.如权利要求7所述的空调通风噪音计算的系统，其特征在于，还包括背景噪音测量模块，用于测量多个设定模式的多个档位下的背景噪音。
9.如权利要求7所述的空调通风噪音计算的系统，其特征在于，还包括总风量计算模块，用于计算多个设定模式的多个档位下的总风量值。
10.如权利要求7所述的空调通风噪音计算的系统，其特征在于，所述参数计算模块还包括频程频谱计算模块：对人耳处噪声测量结果进行傅里叶变换得到1/n倍频程频谱结果；线性拟合计算模块：对多个通风噪音声压级和风量值进行线性拟合从而得到通风噪音声压级和风量值的函数参数值：斜率
Figure FDA0003136870410000031
和常数
Figure FDA0003136870410000032
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