基于模态优化的空压机支架振动优化

孙玉洲 汪跃中 陈勇敢 朱亮 张超英

奇瑞新能源汽车技术有限公司 安徽省芜湖市 241000

纯电动汽车因缺少了发动机及相关附件系统，怠速工况下噪声振动明显降低，但在怠速上电后空调开启时，空压机启动时的噪声振动就会突显出来，这直接导致开空调时车内声品质及舒适性大大降低。

本文针对纯电动车的特点以及纯电动车空压机运行工况的特点，针对空压机支架模态进行优化，在提升空压机支架模态的情况下大大降低了空压机本体振动，进而降低了开空调工况车内噪声声压级。

1 模态分析基础

1.1 模态分析理论基础

模态分析是将线性定常系统的耦合物理坐标转换成非耦合的模态坐标，使方程组解耦，得到一组模态坐标和模态参数来描述的独立方程，并求出模态参数。然后，用坐标变换，使模态坐标下的解转回到物理坐标的解[1]。

物理坐标下的运动方程[2]：

式中，M、C、K为质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；X、F为位移向量和激励向量，对于无阻尼自由振动。

设特解x=φjωt

则（K-ω2M）φ=0得到特征方程：

式中，ω、φ为系统的固有频率和相应的阵型。

2 实例分析

2.1 问题概述

本次分析是基于某主机厂一款纯电动车在怠速上电后，空压机开启时车内抖动较明显，因涉及到空压机单体通用化的要求，我们尽量在原车基础上对空压机支架进行模态分析优化来解决振动大的问题。

2.2 模型建立

本文模态分析使用Hyermesh下Optistruct模块来完成，根据空压机支架的安装方式做相应的边界条件施加。

图1 支架模态有限元模型

图2 支架模态分析结果云图

图3 原支架结构

约束条件：约束支架与驱动电机安装点，增加悬置托臂质量，增加空压机集中质量，得出一阶模态仿真结果为71Hz。

分析结果显示原模型模态结果较低，通过阵型和应力分布发现具体应力集中部位较多，且约束不满足要求。

图4 优化后支架结构

图5 优化后的支架模态云图

2.3 模态优化

根据原结构模态分析结果，对原支架结构和约束方式（安装方式）进行优化后仿真。最终模态分析结果为218.6Hz，提升207.9%。

2.4 试验验证

采用LMS TestLab对支架更改前后AC开启一档内循环，空压机支架振动测试。

从振动加速测试对比结果看，空压机支架模态提高后，支架上振动加速度三个方向幅值均有加大幅度降低。

图6 支架振动测试对比

3 结语

本文采用Hypermesh中Optistruct模块对空压机支架进行模态分析和优化，并通过实物测试验证通过提升空压机支架模态对改善空调开启时车内振动有明显效果，此方案为解决此类问题提供了一种方向。

表1 模态优化前后支架振动测试结果对比