某電動汽車空調(diào)壓縮機支架模態(tài)分析優(yōu)化

王朝建 馬曉敏 陳峰

摘 要：空調(diào)壓縮機支架模態(tài)對整車NVH性能有很大影響。對某電動汽車空調(diào)壓縮機支架的模態(tài)進行預測，通過有限元法分析基礎(chǔ)設計狀態(tài)支架模態(tài)，分析結(jié)果不滿足目標要求。通過對支架結(jié)構(gòu)進行拓撲優(yōu)化及輕量化設計，實現(xiàn)了支架模態(tài)提升，達到開發(fā)目標要求。文章研究對產(chǎn)品開發(fā)具有指導意義。

關(guān)鍵詞：空調(diào)壓縮機;支架;模態(tài)分析;優(yōu)化

Abstract： The air conditioner compressor bracket has a great influence on the NVH performance of the vehicle. Predicted the air conditioner compressor bracket modal of the electric vehicle， the modal of the basic bracket design was analyzed by finite element analysis， the result did not meet the target requirement. Through the topology optimization and lightweight design of the bracket structure， the modal upgrade of the bracket was achieved and the development target requirement was met. The article research has guiding significance for product development.

前言

汽車空調(diào)壓縮機作為動力總成的重要附件，堪稱整車制冷機制的動力源泉[1]。空調(diào)壓縮機通過支架安裝在動力總成上，導致支架長期處于振動的惡劣工作環(huán)境中，容易引起空調(diào)壓縮機發(fā)生振動，導致空調(diào)壓縮機不能平穩(wěn)、安全、可靠地進行工作，影響動力總成性能，并影響整車的NVH性能[2]。而壓縮機支架振動特性至關(guān)重要，支架模態(tài)定義的準確與否，直接關(guān)系到實際工程及整車性能。

本文從不同邊界條件探討其對支架模態(tài)的影響，進而確定“支架+壓縮機實體+動力總成”模型用于空調(diào)壓縮機支架模態(tài)的優(yōu)化研究，為產(chǎn)品開發(fā)提供一種思路和參考。

1 模型說明

空調(diào)壓縮機系統(tǒng)總成一般包括空調(diào)壓縮機、壓縮機支架或橡膠軟墊等，主要安裝在前副車架、動力總成或機艙集成支架上等。圖1為某空調(diào)壓縮機基礎(chǔ)設計狀態(tài)支架（三點安裝）模態(tài)分析模型。圖2為基礎(chǔ)設計狀態(tài)支架模型。

2 模擬方法研究

在產(chǎn)品開發(fā)前期，會有許多的邊界限制，如只有單一產(chǎn)品（只有空調(diào)壓縮機質(zhì)量、質(zhì)心坐標），無動力總成等。此時，為了獲得壓縮機支架的模態(tài)往往通過一些簡化處理，下面將從不同維度、不同邊界進行研究。

2.1 模擬方法

支架采用四面體二階單元模擬，mass點為壓縮機質(zhì)量。

（1）模擬方法1：支架+mass;

（2）模擬方法2：支架+壓縮機;

（3）模擬方法3：支架+壓縮機+動力總成。

2.2 分析結(jié)果對比

通過對上述3種模擬方法進行計算，得到各邊界條件下的支架模態(tài)頻率，如表1所示。

2.3 結(jié)果分析

（1）通過對不同模擬方法進行支架模態(tài)分析可以看出，采用實際配重的實體模型及帶動力總成的模型分析結(jié)果與實車狀態(tài)較為接近，其中直接用支架接地+mass簡化方式分析結(jié)果與實車狀態(tài)結(jié)果差距較大，且其剛度也是最大，所以該模擬分析方法對實際參考意義不大。

（2）由于“支架+壓縮機實體+動力總成”模型分析結(jié)果（217Hz）與整車狀態(tài)測試結(jié)果接近，且從壓縮機支架的開發(fā)角度考慮，模態(tài)目標的定義也是基于整車狀態(tài)設定。但分析結(jié)果與目標值（300Hz）差距較大，故需對該狀態(tài)下的壓縮機支架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。

總之，有限元總是在一定條件下進行模擬簡化，為使其結(jié)果與實際狀態(tài)接近，盡可能采用等效或?qū)嶋H模型，這樣對實際工程問題的指導意義更大。文中優(yōu)化方案的分析采用“支架+壓縮機實體+動力總成”模型進行計算。

3 優(yōu)化方案

3.1 鑄鐵支架四點安裝方案

3.2 鑄鋼支架四點安裝方案

圖5為優(yōu)化后的鑄鋼支架四點安裝方案，分析結(jié)果見圖6，分析結(jié)果為306Hz，與目標要求相近，但該方案重量要求不達標，需對該方案支架進行輕量化優(yōu)化。

3.3 鑄鋼支架輕量化方案

通過對鑄鋼支架四點安裝方案基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行拓撲優(yōu)化，根據(jù)拓撲優(yōu)化結(jié)果，對筋的高度及寬度進行Morph調(diào)整，優(yōu)化后結(jié)果見圖7，分析結(jié)果為295Hz，見圖8。

通過對鑄鋼支架輕量化方案進行分析，壓縮機支架模態(tài)由306Hz降至295Hz，接近300Hz目標要求且經(jīng)評估無NVH風險;輕量化后，支架重量由0.777Kg降至0.5742Kg，降幅26.8%，約0.2082Kg，滿足支架重量目標要求。

4 結(jié)論

通過對某電動汽車空調(diào)壓縮機支架有限元分析法的模擬方式進行研究，找出最接近實車狀態(tài)的模擬方法，進而對原始設計狀態(tài)的支架模態(tài)進行分析，分析可知基礎(chǔ)狀態(tài)設計不滿足目標要求且存在很大NVH風險。利用有限元手段對支架結(jié)構(gòu)進行拓撲優(yōu)化及輕量化設計，最終分析結(jié)果接近目標要求，經(jīng)評估無NVH風險且滿足輕量化要求。文章中的有限元分析優(yōu)化方法對前期產(chǎn)品開發(fā)有重要借鑒意義。

參考文獻

[1] 賈小利，張軍，等.轎車高速行駛方向盤擺振控制與工程應用[J].噪聲與振動控制.2011，56（4）： 56-58.

[2] 李嘉通.某車型空調(diào)壓縮機支架NVH性能分析與優(yōu)化[D].廣西科技大學.2015.