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某電動汽車空調(diào)壓縮機支架模態(tài)分析優(yōu)化
2020-07-20 17:56:07· 來源：汽車熱管理之家
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設計狀態(tài)支架模態(tài)，分析結果不滿足目標要
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設計狀態(tài)支架模態(tài)，分析結果不滿足目標要求。通過對支架結構進行拓撲優(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。
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重要，支架模態(tài)定義的準確與否，直接關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)壓縮機基礎設計狀態(tài)支架（三點安裝）模態(tài)分析模型。圖2為基礎設計狀態(tài)支架模型。
圖1 某空調(diào)壓縮機支架模態(tài)分析模型
圖2 基礎狀態(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。
表1 不同邊界下支架模態(tài)分析結果
2.3 結果分析
（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簡化方式分析結果與實車狀態(tài)結果差距較大，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”模型分析結果（217Hz）與整車狀態(tài)測試結果接近，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)下的壓縮機支架結構進行優(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
圖3為優(yōu)化后的鑄鐵支架四點安裝方案，分析結果見圖4，分析結果為259Hz，不滿足目標要求，需繼續(xù)優(yōu)化。
圖3 鑄鐵支架模型
圖4 鑄鐵支架模態(tài)分析結果
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，分析結果見圖6，分析結果為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。
圖5 鑄鋼支架模型
圖6 鑄鋼支架模態(tài)分析結果
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數(shù)據(jù)進行拓撲優(yōu)化，根據(jù)拓撲優(yōu)化結果，對筋的高度及寬度進行Morph調(diào)整，優(yōu)化后結果見圖7，分析結果為295Hz，見圖8。
圖7 鑄鋼支架輕量化方案
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。
圖8 鑄鋼支架輕量化方案分析結果
4 結論
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構進行拓撲優(yōu)化及輕量化設計，最終分析結果接近目標要求，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。
作者：
王朝建1，馬曉敏2，陳峰3
1.湖南智點智能新能源汽車有限公司
2.烏魯木齊三禾恒信工程技術有限公司
3.浙江吉利控股集團有限公司
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