【摘要】空調(diào)壓縮機(jī)是空調(diào)系統(tǒng)的核心部件，其通過(guò)支架安裝在電驅(qū)動(dòng)單元上，如果設(shè)計(jì)不合理會(huì)導(dǎo)致模態(tài)太低，引起共振，并影響整車NVH性能。文章從支架設(shè)計(jì)之初，利用仿真軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析，通過(guò)調(diào)整壓縮機(jī)的空間布置及支架的設(shè)計(jì)，不斷完善方案，最終滿足模態(tài)的設(shè)計(jì)要求，并由此總結(jié)出影響模態(tài)的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

0 引言汽車電動(dòng)化已是大勢(shì)所趨，一些國(guó)家先后提出了禁售傳統(tǒng)燃油車的時(shí)間表，越來(lái)越多的車企開(kāi)始進(jìn)行純電動(dòng)車研發(fā)。由于純電動(dòng)車沒(méi)有了傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，這對(duì)NVH性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)空調(diào)壓縮機(jī)是由發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶輪帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，其通過(guò)支架固定到發(fā)動(dòng)機(jī)上，主要考慮避開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)一階頻率，避免共振。純電動(dòng)車空調(diào)壓縮機(jī)采用高壓電控制電機(jī)工作，壓縮機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)應(yīng)避免與整個(gè)電驅(qū)單元產(chǎn)生共振，否則會(huì)導(dǎo)致噪聲的產(chǎn)生從而引起客戶抱怨，同時(shí)共振會(huì)影響壓縮機(jī)支架壽命，引起斷裂的失效。故合理地設(shè)計(jì)壓縮機(jī)支撐系統(tǒng)，避免發(fā)生共振是首先要解決的問(wèn)題。

1 模態(tài)指標(biāo)定義

空調(diào)壓縮機(jī)最大轉(zhuǎn)速為6 000 r／rain，壓縮機(jī)有3階激勵(lì)，故激勵(lì)頻率為300 Hz。根據(jù)機(jī)械共振理論，空調(diào)壓縮機(jī)支架固定系統(tǒng)一階固有頻率應(yīng)大于300 Hz才能避免共振，空調(diào)壓縮機(jī)激勵(lì)頻率可表示為

式中，為激勵(lì)頻率；r為轉(zhuǎn)速；幾為階次。2 CAE分析信息空調(diào)壓縮機(jī)通過(guò)壓縮機(jī)支架及螺栓固定到電驅(qū)動(dòng)單元(DU)殼體上，如圖1所示，模態(tài)分析針對(duì)壓縮機(jī)、支架及DU組成的系統(tǒng)進(jìn)行建模及評(píng)估，通過(guò)ABAQUS軟件進(jìn)行有限元分析。

輸入信息包括材料參數(shù)，如表1所示。其他輸入信息包括空調(diào)壓縮機(jī)質(zhì)量、質(zhì)心轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、DU質(zhì)量等數(shù)據(jù)，采用自由模態(tài)進(jìn)行分析。

3 模態(tài)分析及優(yōu)化過(guò)程對(duì)初版方案進(jìn)行仿真分析，結(jié)果如圖2和圖3所示：一階模態(tài)為138．3 Hz，二階模態(tài)為193．2 Hz，不滿足模態(tài)大于300 Hz的要求。從固有頻率原理角度分析，物體固有頻率計(jì)算方法為

式中：4為固有頻率；k為剛度；m為質(zhì)量。提高固有頻率可以通過(guò)增加剛度及降低質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。分析原方案模態(tài)低的原因如下：壓縮機(jī)支架由3個(gè)螺栓固定在DU減速器殼體上(見(jiàn)圖4)；空調(diào)壓縮機(jī)質(zhì)心明顯偏離3個(gè)固定點(diǎn)組成的三角形區(qū)域；支架上端懸空無(wú)固定點(diǎn)支撐；剛度差。改進(jìn)措施：調(diào)整空調(diào)壓縮機(jī)質(zhì)心位置。調(diào)整空調(diào)壓縮機(jī)的布置需要滿足整車布置間隙及碰撞安全要求，確定壓縮機(jī)位置后，再調(diào)整支架左側(cè)兩個(gè)固定支撐點(diǎn)的位置，調(diào)整后的位置如圖5所示，質(zhì)心位于支架固定點(diǎn)組成的三角區(qū)域內(nèi)。同時(shí)，由于質(zhì)心的下移，壓縮機(jī)的固定點(diǎn)更靠近支架固定點(diǎn)，使得支架整體質(zhì)量減少144 g，進(jìn)一步提高了模態(tài)。

對(duì)改進(jìn)后的方案進(jìn)行仿真分析，結(jié)果如圖6及圖7所示：一階模態(tài)為260．1 Hz，二階模態(tài)為305．1 Hz。相比第一版計(jì)算，一階模態(tài)由138．3 Hz提高到260．1 Hz，提高比例為88％，顯然，質(zhì)心位置對(duì)模態(tài)影響很大。質(zhì)心的調(diào)整，一方面提升了剛度，另一方面減少了質(zhì)量，仿真結(jié)果與理論相符。但為滿足模態(tài)大于300 Hz的要求，還需做進(jìn)一步優(yōu)化。

下面從其他方面進(jìn)行改善：縮小空調(diào)壓縮機(jī)質(zhì)心到DU減速器端面的距離，如圖8所示。支架固定BOSS柱縮短長(zhǎng)度，有利于剛度提高。考慮到布置問(wèn)題，按縮小5 mm進(jìn)行評(píng)估。仿真計(jì)算得到的結(jié)果如圖9及圖10所示，一階模態(tài)增加到267．51 Hz。故在一定范圍內(nèi)，盡量縮小壓縮機(jī)質(zhì)心到DU殼體的距離，對(duì)模態(tài)的提高有一定作用。

通過(guò)增加固定點(diǎn)及對(duì)固定點(diǎn)分布進(jìn)行優(yōu)化，在原支架3個(gè)固定點(diǎn)的基礎(chǔ)上增加2個(gè)固定點(diǎn)，由于空間布置的限制，可行的固定點(diǎn)分布如圖11所示。根據(jù)初步評(píng)估，得到9組固定點(diǎn)的組合，其中124組合為第二版方案的固定點(diǎn)，通過(guò)仿真分析，得到的結(jié)果如表2所示。從結(jié)果來(lái)看，3個(gè)固定點(diǎn)的3組方案均不滿足模態(tài)要求；在4個(gè)固定點(diǎn)的5組方案中，只有1245組合的一階模態(tài)達(dá)到305．2 Hz；5個(gè)固定點(diǎn)方案一階模態(tài)為306．6 Hz，較4個(gè)固定點(diǎn)方案增加1．4 Hz，因此4個(gè)固定點(diǎn)可以滿足要求。

故根據(jù)壓縮機(jī)固定點(diǎn)分布，在關(guān)鍵位置適當(dāng)增加支架的固定點(diǎn)可以有效地提高模態(tài)。4 結(jié)語(yǔ)在空調(diào)壓縮機(jī)支架設(shè)計(jì)時(shí)，一定要避免與壓縮機(jī)發(fā)生共振，應(yīng)在設(shè)計(jì)之初制定好模態(tài)指標(biāo)要求，通過(guò)仿真分析計(jì)算模態(tài)。需要注意的是，模態(tài)分析一定是將整個(gè)驅(qū)動(dòng)單元、壓縮機(jī)及支架作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)分析發(fā)現(xiàn)，而不是僅僅分析支架。通過(guò)本文的分析發(fā)現(xiàn)，影響模態(tài)的幾個(gè)關(guān)鍵因素如下：(1)空調(diào)壓縮機(jī)質(zhì)心位置：壓縮機(jī)位置對(duì)模態(tài)至關(guān)重要，前艙布置時(shí)一定要保證壓縮機(jī)在合理的位置，質(zhì)心盡量要在殼體的支架固定點(diǎn)組成的區(qū)域內(nèi)部并且質(zhì)心距殼體端面距離盡量小。壓縮機(jī)位置鎖定后，后期單純地調(diào)整支架無(wú)法大幅度提升模態(tài)，所以一定要避免先天缺陷；(2)支撐點(diǎn)的合理布局：殼體的支撐點(diǎn)要盡量靠近壓縮機(jī)支撐點(diǎn)，往往布局會(huì)有限制，可以通過(guò)局部增加支撐點(diǎn)來(lái)增強(qiáng)；(3)支架本體設(shè)計(jì)：在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上減輕支架重量，并合理地布置加強(qiáng)筋以保證剛度。

作者：劉寶作者單位：(泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海201208)

來(lái)源：上海汽車