【摘要】空調壓縮機是空調系統(tǒng)的核心部件，其通過支架安裝在電驅動單元上，如果設計不合理會導致模態(tài)太低，引起共振，并影響整車NVH性能。文章從支架設計之初，利用仿真軟件對系統(tǒng)進行模態(tài)分析，通過調整壓縮機的空間布置及支架的設計，不斷完善方案，最終滿足模態(tài)的設計要求，并由此總結出影響模態(tài)的幾個關鍵點，為后續(xù)設計提供依據(jù)。

0 引言汽車電動化已是大勢所趨，一些國家先后提出了禁售傳統(tǒng)燃油車的時間表，越來越多的車企開始進行純電動車研發(fā)。由于純電動車沒有了傳統(tǒng)的發(fā)動機，這對NVH性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)空調壓縮機是由發(fā)動機皮帶輪帶動機械結構，其通過支架固定到發(fā)動機上，主要考慮避開發(fā)動機一階頻率，避免共振。純電動車空調壓縮機采用高壓電控制電機工作，壓縮機在整個轉速范圍內應避免與整個電驅單元產生共振，否則會導致噪聲的產生從而引起客戶抱怨，同時共振會影響壓縮機支架壽命，引起斷裂的失效。故合理地設計壓縮機支撐系統(tǒng)，避免發(fā)生共振是首先要解決的問題。

1 模態(tài)指標定義

空調壓縮機最大轉速為6 000 r／rain，壓縮機有3階激勵，故激勵頻率為300 Hz。根據(jù)機械共振理論，空調壓縮機支架固定系統(tǒng)一階固有頻率應大于300 Hz才能避免共振，空調壓縮機激勵頻率可表示為

式中，為激勵頻率；r為轉速；幾為階次。2 CAE分析信息空調壓縮機通過壓縮機支架及螺栓固定到電驅動單元(DU)殼體上，如圖1所示，模態(tài)分析針對壓縮機、支架及DU組成的系統(tǒng)進行建模及評估，通過ABAQUS軟件進行有限元分析。

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壓縮機質量、質心轉動慣量、DU質量等數(shù)據(jù)，采用自由模態(tài)進行分析。

3 模態(tài)分析及優(yōu)化過程對初版方案進行仿真分析，結果如圖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，物體固有頻率計算方法為

式中：4為固有頻率；k為剛度；m為質量。提高固有頻率可以通過增加剛度及降低質量來實現(xiàn)。分析原方案模態(tài)低的原因如下：壓縮機支架由3個螺栓固定在DU減速器殼體上(見圖4)；空調壓縮機質心明顯偏離3個固定點組成的三角形區(qū)域；支架上端懸空無固定點支撐；剛度差。改進措施：調整空調壓縮機質心位置。調整空調壓縮機的布置需要滿足整車布置間隙及碰撞安全要求，確定壓縮機位置后，再調整支架左側兩個固定支撐點的位置，調整后的位置如圖5所示，質心位于支架固定點組成的三角區(qū)域內。同時，由于質心的下移，壓縮機的固定點更靠近支架固定點，使得支架整體質量減少144 g，進一步提高了模態(tài)。

對改進后的方案進行仿真分析，結果如圖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，質心位置對模態(tài)影響很大。質心的調整，一方面提升了剛度，另一方面減少了質量，仿真結果與理論相符。但為滿足模態(tài)大于300 Hz的要求，還需做進一步優(yōu)化。

下面從其他方面進行改善：縮小空調壓縮機質心到DU減速器端面的距離，如圖8所示。支架固定BOSS柱縮短長度，有利于剛度提高?？紤]到布置問題，按縮小5 mm進行評估。仿真計算得到的結果如圖9及圖10所示，一階模態(tài)增加到267．51 Hz。故在一定范圍內，盡量縮小壓縮機質心到DU殼體的距離，對模態(tài)的提高有一定作用。

通過增加固定點及對固定點分布進行優(yōu)化，在原支架3個固定點的基礎上增加2個固定點，由于空間布置的限制，可行的固定點分布如圖11所示。根據(jù)初步評估，得到9組固定點的組合，其中124組合為第二版方案的固定點，通過仿真分析，得到的結果如表2所示。從結果來看，3個固定點的3組方案均不滿足模態(tài)要求；在4個固定點的5組方案中，只有1245組合的一階模態(tài)達到305．2 Hz；5個固定點方案一階模態(tài)為306．6 Hz，較4個固定點方案增加1．4 Hz，因此4個固定點可以滿足要求。

故根據(jù)壓縮機固定點分布，在關鍵位置適當增加支架的固定點可以有效地提高模態(tài)。4 結語在空調壓縮機支架設計時，一定要避免與壓縮機發(fā)生共振，應在設計之初制定好模態(tài)指標要求，通過仿真分析計算模態(tài)。需要注意的是，模態(tài)分析一定是將整個驅動單元、壓縮機及支架作為一個系統(tǒng)來分析發(fā)現(xiàn)，而不是僅僅分析支架。通過本文的分析發(fā)現(xiàn)，影響模態(tài)的幾個關鍵因素如下：(1)空調壓縮機質心位置：壓縮機位置對模態(tài)至關重要，前艙布置時一定要保證壓縮機在合理的位置，質心盡量要在殼體的支架固定點組成的區(qū)域內部并且質心距殼體端面距離盡量小。壓縮機位置鎖定后，后期單純地調整支架無法大幅度提升模態(tài)，所以一定要避免先天缺陷；(2)支撐點的合理布局：殼體的支撐點要盡量靠近壓縮機支撐點，往往布局會有限制，可以通過局部增加支撐點來增強；(3)支架本體設計：在保證強度的基礎上減輕支架重量，并合理地布置加強筋以保證剛度。

作者：劉寶作者單位：(泛亞汽車技術中心有限公司，上海201208)

來源：上海汽車