基于模態優化的空壓機支架振動優化

孫玉洲 汪躍中 陳勇敢 朱亮 張超英

奇瑞新能源汽車技術有限公司 安徽省蕪湖市 241000

純電動汽車因缺少了發動機及相關附件系統，怠速工況下噪聲振動明顯降低，但在怠速上電后空調開啟時，空壓機啟動時的噪聲振動就會突顯出來，這直接導致開空調時車內聲品質及舒適性大大降低。

本文針對純電動車的特點以及純電動車空壓機運行工況的特點，針對空壓機支架模態進行優化，在提升空壓機支架模態的情況下大大降低了空壓機本體振動，進而降低了開空調工況車內噪聲聲壓級。

1 模態分析基礎

1.1 模態分析理論基礎

模態分析是將線性定常系統的耦合物理坐標轉換成非耦合的模態坐標，使方程組解耦，得到一組模態坐標和模態參數來描述的獨立方程，并求出模態參數。然后，用坐標變換，使模態坐標下的解轉回到物理坐標的解[1]。

物理坐標下的運動方程[2]：

式中，M、C、K為質量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣；X、F為位移向量和激勵向量，對于無阻尼自由振動。

設特解x=φjωt

則（K-ω2M）φ=0得到特征方程：

式中，ω、φ為系統的固有頻率和相應的陣型。

2 實例分析

2.1 問題概述

本次分析是基于某主機廠一款純電動車在怠速上電后，空壓機開啟時車內抖動較明顯，因涉及到空壓機單體通用化的要求，我們盡量在原車基礎上對空壓機支架進行模態分析優化來解決振動大的問題。

2.2 模型建立

本文模態分析使用Hyermesh下Optistruct模塊來完成，根據空壓機支架的安裝方式做相應的邊界條件施加。

圖1 支架模態有限元模型

圖2 支架模態分析結果云圖

圖3 原支架結構

約束條件：約束支架與驅動電機安裝點，增加懸置托臂質量，增加空壓機集中質量，得出一階模態仿真結果為71Hz。

分析結果顯示原模型模態結果較低，通過陣型和應力分布發現具體應力集中部位較多，且約束不滿足要求。

圖4 優化后支架結構

圖5 優化后的支架模態云圖

2.3 模態優化

根據原結構模態分析結果，對原支架結構和約束方式（安裝方式）進行優化后仿真。最終模態分析結果為218.6Hz，提升207.9%。

2.4 試驗驗證

采用LMS TestLab對支架更改前后AC開啟一檔內循環，空壓機支架振動測試。

從振動加速測試對比結果看，空壓機支架模態提高后，支架上振動加速度三個方向幅值均有加大幅度降低。

圖6 支架振動測試對比

3 結語

本文采用Hypermesh中Optistruct模塊對空壓機支架進行模態分析和優化，并通過實物測試驗證通過提升空壓機支架模態對改善空調開啟時車內振動有明顯效果，此方案為解決此類問題提供了一種方向。

表1 模態優化前后支架振動測試結果對比