王朝建 馬曉敏 陳峰

摘 要：空調(diào)壓縮機(jī)支架模態(tài)對(duì)整車NVH性能有很大影響。對(duì)某電動(dòng)汽車空調(diào)壓縮機(jī)支架的模態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)有限元法分析基礎(chǔ)設(shè)計(jì)狀態(tài)支架模態(tài)，分析結(jié)果不滿足目標(biāo)要求。通過(guò)對(duì)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化及輕量化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了支架模態(tài)提升，達(dá)到開(kāi)發(fā)目標(biāo)要求。文章研究對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：空調(diào)壓縮機(jī);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(jī)作為動(dòng)力總成的重要附件，堪稱整車制冷機(jī)制的動(dòng)力源泉[1]?？照{(diào)壓縮機(jī)通過(guò)支架安裝在動(dòng)力總成上，導(dǎo)致支架長(zhǎng)期處于振動(dòng)的惡劣工作環(huán)境中，容易引起空調(diào)壓縮機(jī)發(fā)生振動(dòng)，導(dǎo)致空調(diào)壓縮機(jī)不能平穩(wěn)、安全、可靠地進(jìn)行工作，影響動(dòng)力總成性能，并影響整車的NVH性能[2]。而壓縮機(jī)支架振動(dòng)特性至關(guān)重要，支架模態(tài)定義的準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到實(shí)際工程及整車性能。

本文從不同邊界條件探討其對(duì)支架模態(tài)的影響，進(jìn)而確定“支架+壓縮機(jī)實(shí)體+動(dòng)力總成”模型用于空調(diào)壓縮機(jī)支架模態(tài)的優(yōu)化研究，為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供一種思路和參考。

1 模型說(shuō)明

空調(diào)壓縮機(jī)系統(tǒng)總成一般包括空調(diào)壓縮機(jī)、壓縮機(jī)支架或橡膠軟墊等，主要安裝在前副車架、動(dòng)力總成或機(jī)艙集成支架上等。圖1為某空調(diào)壓縮機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)狀態(tài)支架（三點(diǎn)安裝）模態(tài)分析模型。圖2為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)狀態(tài)支架模型。

2 模擬方法研究

在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)前期，會(huì)有許多的邊界限制，如只有單一產(chǎn)品（只有空調(diào)壓縮機(jī)質(zhì)量、質(zhì)心坐標(biāo)），無(wú)動(dòng)力總成等。此時(shí)，為了獲得壓縮機(jī)支架的模態(tài)往往通過(guò)一些簡(jiǎn)化處理，下面將從不同維度、不同邊界進(jìn)行研究。

2.1 模擬方法

支架采用四面體二階單元模擬，mass點(diǎn)為壓縮機(jī)質(zhì)量。

（1）模擬方法1：支架+mass;

（2）模擬方法2：支架+壓縮機(jī);

（3）模擬方法3：支架+壓縮機(jī)+動(dòng)力總成。

2.2 分析結(jié)果對(duì)比

通過(guò)對(duì)上述3種模擬方法進(jìn)行計(jì)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(guò)對(duì)不同模擬方法進(jìn)行支架模態(tài)分析可以看出，采用實(shí)際配重的實(shí)體模型及帶動(dòng)力總成的模型分析結(jié)果與實(shí)車狀態(tài)較為接近，其中直接用支架接地+mass簡(jiǎn)化方式分析結(jié)果與實(shí)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(duì)實(shí)際參考意義不大。

（2）由于“支架+壓縮機(jī)實(shí)體+動(dòng)力總成”模型分析結(jié)果（217Hz）與整車狀態(tài)測(cè)試結(jié)果接近，且從壓縮機(jī)支架的開(kāi)發(fā)角度考慮，模態(tài)目標(biāo)的定義也是基于整車狀態(tài)設(shè)定。但分析結(jié)果與目標(biāo)值（300Hz）差距較大，故需對(duì)該狀態(tài)下的壓縮機(jī)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

總之，有限元總是在一定條件下進(jìn)行模擬簡(jiǎn)化，為使其結(jié)果與實(shí)際狀態(tài)接近，盡可能采用等效或?qū)嶋H模型，這樣對(duì)實(shí)際工程問(wèn)題的指導(dǎo)意義更大。文中優(yōu)化方案的分析采用“支架+壓縮機(jī)實(shí)體+動(dòng)力總成”模型進(jìn)行計(jì)算。

3 優(yōu)化方案

3.1 鑄鐵支架四點(diǎn)安裝方案

3.2 鑄鋼支架四點(diǎn)安裝方案

圖5為優(yōu)化后的鑄鋼支架四點(diǎn)安裝方案，分析結(jié)果見(jiàn)圖6，分析結(jié)果為306Hz，與目標(biāo)要求相近，但該方案重量要求不達(dá)標(biāo)，需對(duì)該方案支架進(jìn)行輕量化優(yōu)化。

3.3 鑄鋼支架輕量化方案

通過(guò)對(duì)鑄鋼支架四點(diǎn)安裝方案基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，對(duì)筋的高度及寬度進(jìn)行Morph調(diào)整，優(yōu)化后結(jié)果見(jiàn)圖7，分析結(jié)果為295Hz，見(jiàn)圖8。

通過(guò)對(duì)鑄鋼支架輕量化方案進(jìn)行分析，壓縮機(jī)支架模態(tài)由306Hz降至295Hz，接近300Hz目標(biāo)要求且經(jīng)評(píng)估無(wú)NVH風(fēng)險(xiǎn);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(biāo)要求。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)某電動(dòng)汽車空調(diào)壓縮機(jī)支架有限元分析法的模擬方式進(jìn)行研究，找出最接近實(shí)車狀態(tài)的模擬方法，進(jìn)而對(duì)原始設(shè)計(jì)狀態(tài)的支架模態(tài)進(jìn)行分析，分析可知基礎(chǔ)狀態(tài)設(shè)計(jì)不滿足目標(biāo)要求且存在很大NVH風(fēng)險(xiǎn)。利用有限元手段對(duì)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化及輕量化設(shè)計(jì)，最終分析結(jié)果接近目標(biāo)要求，經(jīng)評(píng)估無(wú)NVH風(fēng)險(xiǎn)且滿足輕量化要求。文章中的有限元分析優(yōu)化方法對(duì)前期產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有重要借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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

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