基于模態(tài)優(yōu)化的空壓機支架振動優(yōu)化

孫玉洲 汪躍中 陳勇敢 朱亮 張超英

奇瑞新能源汽車技術(shù)有限公司 安徽省蕪湖市 241000

純電動汽車因缺少了發(fā)動機及相關(guān)附件系統(tǒng)，怠速工況下噪聲振動明顯降低，但在怠速上電后空調(diào)開啟時，空壓機啟動時的噪聲振動就會突顯出來，這直接導(dǎo)致開空調(diào)時車內(nèi)聲品質(zhì)及舒適性大大降低。

本文針對純電動車的特點以及純電動車空壓機運行工況的特點，針對空壓機支架模態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，在提升空壓機支架模態(tài)的情況下大大降低了空壓機本體振動，進(jìn)而降低了開空調(diào)工況車內(nèi)噪聲聲壓級。

1 模態(tài)分析基礎(chǔ)

1.1 模態(tài)分析理論基礎(chǔ)

模態(tài)分析是將線性定常系統(tǒng)的耦合物理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成非耦合的模態(tài)坐標(biāo)，使方程組解耦，得到一組模態(tài)坐標(biāo)和模態(tài)參數(shù)來描述的獨立方程，并求出模態(tài)參數(shù)。然后，用坐標(biāo)變換，使模態(tài)坐標(biāo)下的解轉(zhuǎn)回到物理坐標(biāo)的解[1]。

物理坐標(biāo)下的運動方程[2]：

式中，M、C、K為質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣；X、F為位移向量和激勵向量，對于無阻尼自由振動。

設(shè)特解x=φjωt

則（K-ω2M）φ=0得到特征方程：

式中，ω、φ為系統(tǒng)的固有頻率和相應(yīng)的陣型。

2 實例分析

2.1 問題概述

本次分析是基于某主機廠一款純電動車在怠速上電后，空壓機開啟時車內(nèi)抖動較明顯，因涉及到空壓機單體通用化的要求，我們盡量在原車基礎(chǔ)上對空壓機支架進(jìn)行模態(tài)分析優(yōu)化來解決振動大的問題。

2.2 模型建立

本文模態(tài)分析使用Hyermesh下Optistruct模塊來完成，根據(jù)空壓機支架的安裝方式做相應(yīng)的邊界條件施加。

圖1 支架模態(tài)有限元模型

圖2 支架模態(tài)分析結(jié)果云圖

圖3 原支架結(jié)構(gòu)

約束條件：約束支架與驅(qū)動電機安裝點，增加懸置托臂質(zhì)量，增加空壓機集中質(zhì)量，得出一階模態(tài)仿真結(jié)果為71Hz。

分析結(jié)果顯示原模型模態(tài)結(jié)果較低，通過陣型和應(yīng)力分布發(fā)現(xiàn)具體應(yīng)力集中部位較多，且約束不滿足要求。

圖4 優(yōu)化后支架結(jié)構(gòu)

圖5 優(yōu)化后的支架模態(tài)云圖

2.3 模態(tài)優(yōu)化

根據(jù)原結(jié)構(gòu)模態(tài)分析結(jié)果，對原支架結(jié)構(gòu)和約束方式（安裝方式）進(jìn)行優(yōu)化后仿真。最終模態(tài)分析結(jié)果為218.6Hz，提升207.9%。

2.4 試驗驗證

采用LMS TestLab對支架更改前后AC開啟一檔內(nèi)循環(huán)，空壓機支架振動測試。

從振動加速測試對比結(jié)果看，空壓機支架模態(tài)提高后，支架上振動加速度三個方向幅值均有加大幅度降低。

圖6 支架振動測試對比

3 結(jié)語

本文采用Hypermesh中Optistruct模塊對空壓機支架進(jìn)行模態(tài)分析和優(yōu)化，并通過實物測試驗證通過提升空壓機支架模態(tài)對改善空調(diào)開啟時車內(nèi)振動有明顯效果，此方案為解決此類問題提供了一種方向。

表1 模態(tài)優(yōu)化前后支架振動測試結(jié)果對比