汽车|燃料电池空压机悬置子系统分析及优化( 二 ) |电池|燃料电

①悬置系统的固有频率分布间隔大于1Hz；
②前六阶能量解耦率要达到80% ，空压机转动方向要达到90%；
③系统固有频率避开路面激励和自身激励，避免共振。
2.2 空压机总成基本参数
该系统由电机总成和压缩机总成组成，在ADAMS 建立模型时，将系统视为具有六个自由度的刚体，系统相关参数如表1 所示。
悬置的4 个橡胶软垫由bushing 单元代替，静刚度为100N/mm ，动静比1.4 ， bushing 单元初始XYZ 三个方向刚度为140N/mm 。
表1 空压机总成质量惯性矩阵（质心坐标系下）

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2.3 空压机总成模态分析
模态分析在ADAMS/Vibration 中进行，依次选择plugins -> test -> vibration analysis ，利用normal mode analysis 进行模态和解耦率分析，得到其前六阶固有频率以及每个方向的解耦率，仿真结果如下表2 所示：
表2 空压机悬置子系统模态以及解耦率结果

本文图片

此方案各个方向的解耦率比较好，均大于80% 。且空压机转动方向Rxx 解耦率大于90% ，但是X 和Z 方向模态间隔只有0.36Hz ，不满足设计要求，需要进行优化设计。
3 优化设计3.1 目标函数
本文以前6 阶解耦率作为优化设计目标函数，表示如下：

本文图片

式中：Tki —第i 阶的模态解耦率；

本文图片

3.2 设计变量
由于燃料电池的空间布置原因，本文的安装位置和角度不做调整，主要改变悬置各个方向的刚度。考虑悬置安装特性，前悬置2 个减震垫相同，后悬置2 个减震垫相同。减震垫轴向对称，周向X 和Y 向刚度相同， Z 方向为轴向刚度。因此前悬置2 个刚度变量Kr1、Kz1 ，后悬置2 个刚度Kr2、Kz2 ，使用ADAMS/Insight 对4 个刚度进行解耦优化。
3.3 约束条件
约束条件主要从三个方面考虑：
①刚度约束：考虑到橡胶悬置的材料和工艺，以及空压机高频振动特性，悬置的刚度在20~200N/mm 之间。
【汽车|燃料电池空压机悬置子系统分析及优化】②位移约束：为了防止空压机运行时与其他部件发生碰撞，防止振动过大，系统各个方向位移必须小于5mm 。
③频率约束：空压机的怠速转速为3000rpm ，路面在高速时激励为5~10Hz ，综合前文中的设计目标，系统频率应该在10~50Hz 之间，模态间隔在1Hz 。
3.4 优化结果分析
3.4.1 模态及解耦率
经过优化仿真DOE ，优化后的悬置刚度如表3 所示，总体上悬置的刚度减小，个别方向变大。
表3 悬置优化后刚度

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优化后的固有频率和解耦率分布见表4 。通过表4 和表2 的对比，可发现某些方向固有频率降低，一阶模态大于10Hz ，可以避开路面激励， 6 阶模态为45.82Hz ，小于空压机怠速激励50Hz ，且模态间隔均大于1Hz ，满足模态要求。系统解耦率在各个方向均大于80% ，空压机转动方向Rxx 大于90% ，满足解耦率要求。
表4 优化后固有频率和解耦率

本文图片

表5 极限工况和静载时悬置点受力和位移情况

汽车|燃料电池空压机悬置子系统分析及优化( 二 )

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