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某电动汽车空调压缩机支架模态分析优化

2020-07-20 17:56:07·  来源：汽车热管理之家  
　
摘要：空调压缩机支架模态对整车NVH性能有很大影响。对某电动汽车空调压缩机支架的模态进行预测，通过有限元法分析基础设计状态支架模态，分析结果不满足目标要
摘要：空调压缩机支架模态对整车NVH性能有很大影响。对某电动汽车空调压缩机支架的模态进行预测，通过有限元法分析基础设计状态支架模态，分析结果不满足目标要求。通过对支架结构进行拓扑优化及轻量化设计，实现了支架模态提升，达到开发目标要求。文章研究对产品开发具有指导意义。
 
前言
 
汽车空调压缩机作为动力总成的重要附件，堪称整车制冷机制的动力源泉[1]。空调压缩机通过支架安装在动力总成上，导致支架长期处于振动的恶劣工作环境中，容易引起空调压缩机发生振动，导致空调压缩机不能平稳、安全、可靠地进行工作，影响动力总成性能，并影响整车的NVH性能[2]。而压缩机支架振动特性至关重要，支架模态定义的准确与否，直接关系到实际工程及整车性能。
 
本文从不同边界条件探讨其对支架模态的影响，进而确定“支架+压缩机实体+动力总成”模型用于空调压缩机支架模态的优化研究，为产品开发提供一种思路和参考。
 
1 模型说明
空调压缩机系统总成一般包括空调压缩机、压缩机支架或橡胶软垫等，主要安装在前副车架、动力总成或机舱集成支架上等。图1为某空调压缩机基础设计状态支架（三点安装）模态分析模型。图2为基础设计状态支架模型。
 
图1 某空调压缩机支架模态分析模型
 
图2 基础状态支架模型
2 模拟方法研究
在产品开发前期，会有许多的边界限制，如只有单一产品（只有空调压缩机质量、质心坐标），无动力总成等。此时，为了获得压缩机支架的模态往往通过一些简化处理，下面将从不同维度、不同边界进行研究。
2.1 模拟方法
支架采用四面体二阶单元模拟，mass点为压缩机质量。
（1）模拟方法1：支架+mass；
（2）模拟方法2：支架+压缩机；
（3）模拟方法3：支架+压缩机+动力总成。
2.2 分析结果对比
通过对上述3种模拟方法进行计算，得到各边界条件下的支架模态频率，如表1所示。
表1 不同边界下支架模态分析结果
 
2.3 结果分析
（1）通过对不同模拟方法进行支架模态分析可以看出，采用实际配重的实体模型及带动力总成的模型分析结果与实车状态较为接近，其中直接用支架接地+mass简化方式分析结果与实车状态结果差距较大，且其刚度也是最大，所以该模拟分析方法对实际参考意义不大。
（2）由于“支架+压缩机实体+动力总成”模型分析结果（217Hz）与整车状态测试结果接近，且从压缩机支架的开发角度考虑，模态目标的定义也是基于整车状态设定。但分析结果与目标值（300Hz）差距较大，故需对该状态下的压缩机支架结构进行优化。
总之，有限元总是在一定条件下进行模拟简化，为使其结果与实际状态接近，尽可能采用等效或实际模型，这样对实际工程问题的指导意义更大。文中优化方案的分析采用“支架+压缩机实体+动力总成”模型进行计算。
3 优化方案
3.1 铸铁支架四点安装方案
图3为优化后的铸铁支架四点安装方案，分析结果见图4，分析结果为259Hz，不满足目标要求，需继续优化。
 
图3 铸铁支架模型
 
图4 铸铁支架模态分析结果
3.2 铸钢支架四点安装方案
图5为优化后的铸钢支架四点安装方案，分析结果见图6，分析结果为306Hz，与目标要求相近，但该方案重量要求不达标，需对该方案支架进行轻量化优化。
 
图5 铸钢支架模型
 
图6 铸钢支架模态分析结果
3.3 铸钢支架轻量化方案
通过对铸钢支架四点安装方案基础数据进行拓扑优化，根据拓扑优化结果，对筋的高度及宽度进行Morph调整，优化后结果见图7，分析结果为295Hz，见图8。
 
图7 铸钢支架轻量化方案
通过对铸钢支架轻量化方案进行分析，压缩机支架模态由306Hz降至295Hz，接近300Hz目标要求且经评估无NVH风险；轻量化后，支架重量由0.777Kg降至0.5742Kg，降幅26.8%，约0.2082Kg，满足支架重量目标要求。
 
图8 铸钢支架轻量化方案分析结果
 
4 结论
通过对某电动汽车空调压缩机支架有限元分析法的模拟方式进行研究，找出最接近实车状态的模拟方法，进而对原始设计状态的支架模态进行分析，分析可知基础状态设计不满足目标要求且存在很大NVH风险。利用有限元手段对支架结构进行拓扑优化及轻量化设计，最终分析结果接近目标要求，经评估无NVH风险且满足轻量化要求。文章中的有限元分析优化方法对前期产品开发有重要借鉴意义。
 
作者：
王朝建1，马晓敏2，陈峰3
1.湖南智点智能新能源汽车有限公司
2.乌鲁木齐三禾恒信工程技术有限公司
3.浙江吉利控股集团有限公司
 
 
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