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某電動(dòng)汽車空調(diào)壓縮機(jī)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(jī)支架模態(tài)對整車NVH性能有很大影響。對某電動(dòng)汽車空調(diào)壓縮機(jī)支架的模態(tài)進(jìn)行預(yù)測，通過有限元法分析基礎(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
摘要：空調(diào)壓縮機(jī)支架模態(tài)對整車NVH性能有很大影響。對某電動(dòng)汽車空調(diào)壓縮機(jī)支架的模態(tài)進(jìn)行預(yù)測，通過有限元法分析基礎(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。通過對支架結(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)到開發(fā)目標(biāo)要求。文章研究對產(chǎn)品開發(fā)具有指導(dǎo)意義。
 
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]。空調(diào)壓縮機(jī)通過支架安裝在動(dòng)力總成上，導(dǎo)致支架長期處于振動(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)品開發(fā)提供一種思路和參考。
 
1 模型說明
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。
 
圖1 某空調(diào)壓縮機(jī)支架模態(tài)分析模型
 
圖2 基礎(chǔ)狀態(tài)支架模型
2 模擬方法研究
在產(chǎn)品開發(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)往往通過一些簡化處理，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)果對比
通過對上述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。
表1 不同邊界下支架模態(tài)分析結(jié)果
 
2.3 結(jié)果分析
（1）通過對不同模擬方法進(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)測試結(jié)果接近，且從壓縮機(jī)支架的開發(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，這樣對實(shí)際工程問題的指導(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
圖3為優(yōu)化后的鑄鐵支架四點(diǎn)安裝方案，分析結(jié)果見圖4，分析結(jié)果為259Hz，不滿足目標(biāo)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(jié)果
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)，需對該方案支架進(jìn)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(jié)果
3.3 鑄鋼支架輕量化方案
通過對鑄鋼支架四點(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，對筋的高度及寬度進(jìn)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。
 
圖7 鑄鋼支架輕量化方案
通過對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)評估無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。
 
圖8 鑄鋼支架輕量化方案分析結(jié)果
 
4 結(jié)論
通過對某電動(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)評估無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(diǎn)智能新能源汽車有限公司
2.烏魯木齊三禾恒信工程技術(shù)有限公司
3.浙江吉利控股集團(tuán)有限公司
 
 
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