董躍平

摘 要：空調壓縮機支架模態(tài)對整車NVH性能有很大影響。對某電動汽車空調壓縮機支架的模態(tài)進行預測，通過有限元法分析基礎設計狀態(tài)支架模態(tài)，分析結果不滿足目標要求。通過對支架結構進行拓撲優(yōu)化及輕量化設計，實現(xiàn)了支架模態(tài)提升，達到開發(fā)目標要求。文章研究對產品開發(fā)具有指導意義。

關鍵詞：空調壓縮機;支架;模態(tài)分析;優(yōu)化

1 模型說明

空調壓縮機系統(tǒng)總成一般包括空調壓縮機、壓縮機支架或橡膠軟墊等，主要安裝在前副車架、動力總成或機艙集成支架上等。圖1為某空調壓縮機基礎設計狀態(tài)支架（三點安裝）模態(tài)分析模型。圖2為基礎設計狀態(tài)支架模型。

2 模擬方法研究

在產品開發(fā)前期，會有許多的邊界限制，如只有單一產品（只有空調壓縮機質量、質心坐標），無動力總成等。此時，為了獲得壓縮機支架的模態(tài)往往通過一些簡化處理，下面將從不同維度、不同邊界進行研究。

2.1 模擬方法

支架采用四面體二階單元模擬，mass點為壓縮機質量。（1）模擬方法1：支架+mass;（2）模擬方法2：支架+壓縮機;（3）模擬方法3：支架+壓縮機+動力總成。

2.2 分析結果對比

通過對上述3種模擬方法進行計算，得到各邊界條件下的支架模態(tài)頻率，如表1所示。

2.3 結果分析

（1）通過對不同模擬方法進行支架模態(tài)分析可以看出，采用實際配重的實體模型及帶動力總成的模型分析結果與實車狀態(tài)較為接近，其中直接用支架接地+mass簡化方式分析結果與實車狀態(tài)結果差距較大，且其剛度也是最大，所以該模擬分析方法對實際參考意義不大。

（2）由于“支架+壓縮機實體+動力總成”模型分析結果（217Hz）與整車狀態(tài)測試結果接近，且從壓縮機支架的開發(fā)角度考慮，模態(tài)目標的定義也是基于整車狀態(tài)設定。但分析結果與目標值（300Hz）差距較大，故需對該狀態(tài)下的壓縮機支架結構進行優(yōu)化。

總之，有限元總是在一定條件下進行模擬簡化，為使其結果與實際狀態(tài)接近，盡可能采用等效或實際模型，這樣對實際工程問題的指導意義更大。文中優(yōu)化方案的分析采用“支架+壓縮機實體+動力總成”模型進行計算。

3 優(yōu)化方案

3.1 鑄鐵支架四點安裝方案

圖3為優(yōu)化后的鑄鐵支架四點安裝方案，分析結果見圖4，分析結果為259Hz，不滿足目標要求，需繼續(xù)優(yōu)化。

3.2 鑄鋼支架四點安裝方案

圖5為優(yōu)化后的鑄鋼支架四點安裝方案，分析結果見圖6，分析結果為306Hz，與目標要求相近，但該方案重量要求不達標，需對該方案支架進行輕量化優(yōu)化。

3.3 鑄鋼支架輕量化方案

通過對鑄鋼支架四點安裝方案基礎數(shù)據(jù)進行拓撲優(yōu)化，根據(jù)拓撲優(yōu)化結果，對筋的高度及寬度進行Morph調整，優(yōu)化后，分析結果為295Hz。通過對鑄鋼支架輕量化方案進行分析，壓縮機支架模態(tài)由306Hz降至295Hz，接近300Hz目標要求且經(jīng)評估無NVH風險;輕量化后，支架重量由0.777Kg降至0.5742Kg，降幅26.8%，約0.2082Kg，滿足支架重量目標要求。

4 結論

通過對某電動汽車空調壓縮機支架有限元分析法的模擬方式進行研究，找出最接近實車狀態(tài)的模擬方法，進而對原始設計狀態(tài)的支架模態(tài)進行分析，分析可知基礎狀態(tài)設計不滿足目標要求且存在很大NVH風險。利用有限元手段對支架結構進行拓撲優(yōu)化及輕量化設計，最終分析結果接近目標要求，經(jīng)評估無NVH風險且滿足輕量化要求。文章中的有限元分析優(yōu)化方法對前期產品開發(fā)有重要借鑒意義。

參考文獻：

[1]賈小利，張軍等.轎車高速行駛方向盤擺振控制與工程應用[J].噪聲與振動控制，2011，56（04）：56-58.

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