CN112417587A - 一种汽车的三通式空调管路的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车的三通式空调管路的设计方法，包括：构建所述三通式空调管路的仿真结构模型；基于所述汽车的电机总成在实际工作中受到的强迫运动，对所述仿真结构模型进行静强度分析；基于所述三通式空调管路在实际工作中受到的外部振动激励，对所述仿真结构模型进行随机振动分析；基于所述静强度分析的仿真结果及所述随机振动仿真分析的仿真结果，判断所述三通式空调管路的设计是否合理。本申请解决了现有技术中前期管路设计不合理，在电动汽车整车道路耐久试验中则容易出现开裂现象，需要重新进行优化设计，影响产品的开发周期，增加开发成本的技术问题。

Description

一种汽车的三通式空调管路的设计方法

技术领域

本发明涉及电动汽车零部件制造的技术领域，尤其涉及一种汽车的三通式空调管路的设计方法。

背景技术

目前，有关空调管路的结构设计方法主要体现在家用电器上。现有技术中很少有涉及到电动汽车的三通式空调管路的结构设计方法。

由于电动汽车的三通汽车空调管路相比于家用空调管路来说，第一方面，结构完全不同；第二方面，使用环境更加恶劣。结构和使用环境的不同，造成传统技术应用于家用空调管路的结构设计方法并不适用于电动汽车的三通式空调管路的设计。

因此，需要针对电动汽车的三通式空调管路的设计开发新的结构设计方法，以避免前期管路设计不合理，在电动汽车整车道路耐久试验中则容易出现开裂现象，需要重新进行优化设计，影响产品的开发周期，增加开发成本。

发明内容

本申请实施例通过提供一种汽车的三通式空调管路的设计方法，解决了现有技术中前期管路设计不合理，在电动汽车整车道路耐久试验中则容易出现开裂现象，需要重新进行优化设计，影响产品的开发周期，增加开发成本的技术问题。

本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：

一种汽车的三通式空调管路的设计方法，包括：构建所述三通式空调管路的仿真结构模型；基于所述汽车的电机总成在实际工作中受到的强迫运动，对所述仿真结构模型进行静强度分析；基于所述三通式空调管路在实际工作中受到的外部振动激励，对所述仿真结构模型进行随机振动分析；基于所述静强度分析的仿真结果及所述随机振动分析的仿真结果，判断所述三通式空调管路的设计是否合理。

在一个实施例中，所述基于所述汽车的电机总成在实际工作中受到的强迫运动，对所述仿真结构模型进行静强度分析，包括：获取所述汽车的电机总成在受到所述强迫运动时的强迫位移；向所述仿真结构模型的电机载荷点施加所述强迫位移，对所述仿真结构模型进行静强度分析，以获得所述静强度分析的仿真结果，其中，所述电机载荷点为所述仿真结构模型的电机空调管道与所述电机总成连接的连接点。

在一个实施例中，所述基于所述三通式空调管路在实际工作中受到的外部振动激励，对所述仿真结构模型进行随机振动分析，包括：获取PSD功率谱，所述PSD功率谱基于所述电机在实际工作中受到的路面激励及电机自激励而获得；基于所述PSD功率谱，向所述仿真结构模型的电机载荷点施加所述外部振动激励，对所述仿真结构模型进行随机振动分析，以获得所述随机振动分析的仿真结果，其中，所述电机载荷点为所述仿真结构模型的电机空调管道与所述电机总成连接的连接点。

在一个实施例中，所述静强度分析的仿真结果包括所述仿真结构模型在进行所述静强度分析后获得的第一应力分布，所述随机振动分析的仿真结果包括所述仿真结构模型在进行所述随机振动分析后获得的第二应力分布；所述基于所述静强度分析的仿真结果及所述随机振动分析的仿真结果，判断所述三通式空调管路的设计是否合理，包括：判断所述第一应力分布中的最大应力值是否小于所述三通式空调管路的材料屈服强度；判断所述第二应力分布中的最大应力值是否小于所述三通式空调管路的材料屈服强度；若均小于，则确定所述三通式空调管路的设计合理；若有一个不小于，则确定所述三通式空调管路的设计不合理。

在一个实施例中，在所述基于所述静强度分析的仿真结果及所述随机振动分析的仿真结果，判断所述三通式空调管路的设计是否合理之前，还包括：基于所述三通式空调管路在实际工作中受到的流体介质所产生的管道压力，对所述仿真结构模型进行模态分析；所述基于所述静强度分析的仿真结果及所述随机振动分析的仿真结果，判断所述三通式空调管路的设计是否合理，包括：基于所述模态分析的仿真结果、所述静强度分析的仿真结果及所述随机振动分析的仿真结果，判断所述三通式空调管路的设计是否合理。

在一个实施例中，所述基于所述三通式空调管路在实际工作中受到的流体介质所产生的管道压力，对所述仿真结构模型进行模态分析，包括：获取所述三通式空调管路在实际工作中受到的流体介质所产生的管道压力；向所述仿真结构模型中的各管道施加所述管道压力，进行所述模态分析，获得所述仿真结构模型的模态值。

在一个实施例中，所述模态分析的仿真结果包括所述仿真结构模型的模态值，所述静强度分析的仿真结果包括所述仿真结构模型在进行所述静强度分析后获得的第一应力分布，所述随机振动分析的仿真结果包括所述仿真结构模型在进行所述随机振动分析后获得的第二应力分布；所述基于所述模态分析的仿真结果、所述静强度分析的仿真结果及所述随机振动分析的仿真结果，判断所述三通式空调管路的设计是否合理，包括：判断所述第一应力分布中的最大应力值是否小于所述三通式空调管路的材料屈服强度；判断所述第二应力分布中的最大应力值是否小于所述三通式空调管路的材料屈服强度；判断所述模态值的安全系数是否不小于预设安全系数；若均满足，确定所述三通式空调管路的设计合理；若有一个不满足，则确定所述三通式空调管路的设计不合理。

在一个实施例中，在确定所述三通式空调管路的设计不合理之后，所述设计方法还包括：优化所述三通式空调管路的设计；基于优化后的所述三通式空调管路，重新执行所述静强度分析、所述随机振动分析及所述模态分析，以判断所述三通式空调管路的设计是否合理的步骤，直至确定所述三通式空调管路的设计合理。

在一个实施例中，所述三通式空调管路包括电机空调管道，所述电机空调管道与所述汽车的电机总成连接，所述电机空调管道上设置有橡胶软管；所述优化所述三通式空调管路的设计，包括：更改所述三通式空调管路的材料类型、增加所述三通式空调管路的材料厚度、延长橡胶软管的长度、增加所述三通式空调管路与环境件之间的连接点、调整所述三通式空调管路与环境件之间的连接位置中的至少一种。

在一个实施例中，在确定所述三通式空调管路的设计合理之后，所述设计方法还包括：基于确定合理的所述三通式空调管路的设计，制造所述三通式空调管路的样件；基于所述三通式空调管路的样件进行台架试验和整车道路耐久试验，对所述三通式空调管路的设计进行二次验证。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请提供的汽车的三通式空调管路的设计方法中，首先构建三通式空调管路的仿真结构模型，然后基于三通式空调管路在实际工作中受到的强迫运动，对仿真结构模型进行静强度分析，得到静强度分析的仿真结果；并基于三通式空调管路在实际工作中受到的外部振动激励，对仿真结构模型进行随机振动分析，得到随机振动分析的仿真结果，最后根据静强度分析的仿真结果和随机振动分析的仿真结果，判断三通式空调管路的当前设计是否能够承受在实际工作中受到的强迫运动以及外部振动激励，以确定三通式空调管路的设计是否合理。本申请考察了汽车的三通式空调管路的使用环境，对汽车的三通式空调管路进行仿真分析，适用于对汽车的三通式空调管路的结构设计，进而解决了现有技术中前期管路设计不合理，在电动汽车整车道路耐久试验中则容易出现开裂现象，需要重新进行优化设计，影响产品的开发周期，增加开发成本的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种典型的三通式空调管路的连接关系图；

图2为本申请实施例提供的一种汽车的三通式空调管路的设计方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的三通式空调管路在整车坐标系下的三维几何模型图；

图4为本申请实施例提供的三通式空调管路的仿真结构模型图；

图5为本申请实施例提供的三通式空调管路的优化方案的示意图；

图6为本申请实施例提供的三通中转接头的示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种汽车的三通式空调管路的设计方法，解决了现有技术中前期管路设计不合理，在电动汽车整车道路耐久试验中则容易出现开裂现象，需要重新进行优化设计，影响产品的开发周期，增加开发成本的技术问题。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本申请提供的汽车的三通式空调管路的设计方法中，首先构建三通式空调管路的仿真结构模型，然后基于三通式空调管路在实际工作中受到的强迫运动，对仿真结构模型进行静强度分析，得到静强度分析的仿真结果；并基于三通式空调管路在实际工作中受到的外部振动激励，对仿真结构模型进行随机振动分析，得到随机振动分析的仿真结果，最后根据静强度分析的仿真结果和随机振动分析的仿真结果，判断三通式空调管路的当前设计是否承受在实际工作中受到的强迫运动以及外部振动激励，以确定三通式空调管路的设计是否合理。本申请考察了汽车的三通式空调管路的使用环境，对汽车的三通式空调管路进行仿真分析，适用于对汽车的三通式空调管路的结构设计，进而解决了现有技术中前期管路设计不合理，在电动汽车整车道路耐久试验中则容易出现开裂现象，需要重新进行优化设计，影响产品的开发周期，增加开发成本的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

首先以图1所示的典型的三通式空调管路的连接结构对三通式空调管路的结构进行说明，如图1所示，该三通式空调管路3的一端通过电磁阀2连接到空气调节系统1上，一端通过对接压板4连到冷凝器5上，最后一端(包括一段橡胶软管6的一端)通过对接压板4与膨胀阀7连接后，再连接到板式换热器8上，板式换热器8通过螺栓和橡胶垫片直接固定在电机总成的壳体上。

实施例一

如图2所示，本实施例提供了一种汽车的三通式空调管路的设计方法，该方法适用于各类汽车的三通式空调管路，例如：电动汽车、燃油汽车，所述设计方法包括：

步骤S101：构建三通式空调管路的仿真结构模型。

具体实施过程中，构建三通式空调管路的仿真结构模型的步骤如下：

首先，提取或构建图3中跟三通式空调管路相关的三维几何模型，此处要求模型是整车坐标系下的姿态，如图3所示，图3展示了三通式空调管路在整车坐标系下的三维几何模型；

接着，将三维几何模型导入到结构仿真分析软件(例如：HyperWorks、Ansys、Abaqus软件)中，并对导入的模型与周围的环境件(车身、车内与三通式空调管路的其他部件，例如：图1中的电磁阀2、冷凝器5、膨胀阀7)相连的位置做好标识；

然后，进行仿真结构模型的搭建，具体地，搭建步骤包括：对三维几何模型中的各组件进行网格划分、定义各组件网格单元的类型并赋予相应的材料属性、定义各组件之间的连接关系以及根据标识施加边界约束，其中，网格划分可使用面网格或体网格，面网格应采用四边形单元，体网格则应使用二阶四面体单元或六面体单元，采用何种网格进行划分可视模型复杂程度而定，网格单元质量应严格管控；各组件的材料属性主要包括杨氏模量、密度、泊松比等值；各组件之间的连接关系可采用接触面上的网格单元共节点、单元节点硬连接或者采用面与面绑定固连的方式模拟，搭建好的仿真结构模型如图4所示，图4中的三角形标识表示该处为需要施加边界约束的约束点。

步骤S102：基于汽车的电机总成在实际工作中受到的强迫运动，对仿真结构模型进行静强度分析。

本实施例考虑的是汽车在行驶过程中，由于各种极限工况的存在，将导致汽车的电机总成在实际工作中受到强迫运动，该强迫运动直接造成三通式空调管路应力发生变化，这种强迫运动如果过大，超过三通式空调管路的承受能力，将导致三通式空调管路开裂，对于三通式空调管路来说，几乎是致命的，因此，本实施例中，将该强迫运动的工况引入到三通式空调管路的设计方法中，进行静强度分析，有利于规避三通式空调管路在实际工作中因为受到强迫运动存在的开裂风险。

需要说明的是，本实施例中的“静强度分析”，是指针对仿真结构模型，分析其在受到静载荷时的应力分布，该应力分布通过结构仿真软件能够直接进行显示。本实施例中，“静强度分析”所涉及的载荷是指电机总成在实际工作中受到强迫运动时所施加给三通式空调管路的载荷。

作为一种可选的实施例，步骤S102，包括：

获取汽车的电机总成在受到强迫运动时的强迫位移；

向仿真结构模型的电机载荷点施加强迫位移，获得仿真结构模型的第一应力分布，其中，电机载荷点为电机空调管道与电机总成连接的连接点，此处的电机空调管道是指与电机总成连接的管道，即图1中的包括橡胶软管6的管道。

实际实施过程中，上述“静强度分析”中，电机总成在受到强迫运动时所施加给三通式空调管路的载荷，以极限强迫位移的方式体现在三通式空调管路中，因此，具体实施过程中，本实施例基于电机总成在实际工作中受到强迫运动时所产生的强迫位移，作为三通式空调管路的电机空调管道(包含橡胶软管的管道)所受到的载荷，施加到仿真结构模型的电机空调管道上，进行静强度分析，以得到仿真结构模型在受到该强迫运动时的第一应力分布。

进一步需要说明的是，为更加快速地评判三通式空调管路对强迫位移的承受能力，实际实施过程中，直接将受到强迫运动时所产生的最大强迫位移作为载荷，施加到仿真结构模型中进行静强度分析，当仿真结构模型受到最大强迫位移时也能够承受，则表明在受到较小的强迫位移时，同样能够承受。

上述的最大强迫位移的获得方式如下；

基于汽车在行驶过程中，电机总成围绕悬置系统运动，根据电机总成设计规范中所定义的各种典型的极限运行工况，并参考悬置系统及电机总成的质心位置，即可测出各极限运行工况下电机总成的运动量，取各工况下电机总成沿X、Y、Z三个方向(整车坐标系)的最大运动量(即最大强迫位移)作为静强度分析的仿真输入载荷。

需要说明的是，为便于施加最大强迫位移，本申请还提供如下实施例：

经申请人测量，电机总成在X、Y、Z三个方向的最大强迫位移，均分布在10mm-15mm，本领域技术人员在实际应用中可以参考。

然后，每次向电机载荷点沿X、Y、Z三个方向(整车坐标系)中的一个方向施加对应的最大强迫位移，得到相应的应力分布结果，最终得到三个应力分布结果，分别为：沿X向施加对应的最大强迫位移时得到的应力分布，沿Y向施加对应的最大强迫位移时得到的应力分布，沿Z向施加对应的最大强迫位移时得到的应力分布。由于该实施例只用沿着X、Y、Z三个方向分别施加最大强迫位移，相对于测量合强迫位移、以及施加合强迫位移来说，操作简单、方便。

值得注意的是，由于电机载荷点同时也是约束点，因此，在向某个方向施加强迫位移时，该点在该方向的位移约束自由度不为0，而在其他方向的位移约束自由度应定义为0，例如：当沿X方向施加最大强迫位移时，则电机载荷点在X方向的位移约束自由度不为0，而在Y、Z方向的位移约束自由度应定义为0。

步骤S103：基于三通式空调管路在实际工作中受到的外部振动激励，对仿真结构模型进行随机振动分析。

本实施例考虑的是三通式空调管路在整车道路耐久试验或汽车的行驶过程中，会承受外部振动激励，该激励虽然相对于极限工况来说，一击致命的可能性较低，但是，会对三通式空调管路造成持续性的激励，也可能导致三通式空调管路开裂，因此，本实施例中，将三通式空调管路在实际工作中受到的外部振动激励的工况引入到三通式空调管路的设计方法中，进行随机振动分析，有利于规避三通式空调管路在实际工作中因为受到外部振动激励存在的开裂风险。

需要说明的是，本实施例中的“随机振动分析”，是指针对仿真结构模型，分析其在受到外部随机激励的载荷时的应力分布，该应力分布通过结构仿真软件能够直接进行显示。

作为一种可选的实施例，步骤S103，包括：

获取PSD功率谱，PSD功率谱基于电机在实际工作中受到的路面激励及电机自激励而获得；

基于PSD功率谱，向仿真结构模型的电机空调管道的电机载荷点施加外部振动激励，获得仿真结构模型的第二应力分布。

实际实施过程中，申请人考虑到三通式空调管路受到的外部振动激励，主要来自于电机在实际工作中受到的路面激励及电机自激励，因此，本实施例中，将电机在实际工作中受到的路面激励及电机自激励作为三通式空调管路受到的外部振动激励，作为随机振动分析中仿真结构模型受到的载荷。在上述“随机振动分析”中，电机在实际工作中受到的路面激励及电机自激励，通过“PSD功率谱”的方式施加给仿真结构模型，进行随机振动分析，以得到仿真结构模型在受到该激励时的第二应力分布。

“PSD功率谱”的获得方式如下：首先，通过在电机及其空调管路上安装加速度传感器，采集汽车在实际工作(整车道路耐久试验或汽车的行驶过程)中时域下的载荷谱，然后通过傅里叶变换，转化成频域下的载荷输入，再经伪损伤等效原则，即可获得“PSD功率谱”。

经申请人测量，汽车的电机的“PSD功率谱”如下：

具体实施过程中，“随机振动分析”包括如下内容及设置：

对仿真结构模型进行频响分析，得到频响分析结果，频响分析为本领域技术人员在进行随机振动分析时已经非常成熟的手段，此处不进行详述。

设置随机振动分析的结果文件输出格式，并在结果文件中写入均方根应力值RMS；

将频响分析结果和上表所示的PSD功率谱两者作为随机振动分析的输入，具体为：每次沿X、Y、Z三个方向(整车坐标系)中的一个方向施加PSD功率谱，得到相应的均方根应力分布结果，最终得到三个均方根应力分布结果，分别为：仿真结构模型在受到沿X向施加的PSD功率谱激励时在±3σ置信区间下的均方根应力分布，仿真结构模型在受到沿Y向施加的PSD功率谱激励时在±3σ置信区间下的均方根应力分布，仿真结构模型在受到沿Z向施加的PSD功率谱激励时在±3σ置信区间下的均方根应力分布。

至此，需要说明的是，上述步骤S102、步骤S103仅是为便于解释说明的示例，应当理解，实际实施过程中，步骤S102、步骤S103并无先后顺序，两者的顺序可以随意颠倒。另外，上述针对仿真结构模型进行的“静强度分析”和“随机振动分析”是独立分析的，应当理解，在对仿真结构模型进行静强度分析时，施加的载荷为强迫位移，不涉及外部振动激励；在对仿真结构模型进行随机振动分析时，施加的载荷为外部振动激励，不涉及强迫位移。

步骤S104：基于静强度分析的仿真结果及随机振动分析的仿真结果，判断三通式空调管路的设计是否合理。

本步骤基于静强度分析的仿真结果及随机振动分析的仿真结果两个方面，来判断三通式空调管路的设计是否合理，表明仿真结构模型只有在既能够承受极限运动带来的冲击，又能够承受持续的外部振动激励带来的冲击时，才确定三通式空调管路的设计是合理的，若有一个不满足条件，则证明其不合理。本实施例能够在设计阶段，规避三通式空调管路在面对各种恶劣工况时存在的开裂风险。

作为一种可选的实施例，静强度分析的仿真结果包括仿真结构模型的应力分布，随机振动分析的仿真结果包括仿真结构模型在预设置信区间下的均方根应力值；

步骤S104，包括：

判断第一应力分布中的最大应力值是否小于三通式空调管路的材料屈服强度，具体实施过程中，沿用上述实施例，在步骤S102中分别向电机载荷点沿X向、Y向、Z向施加最大强迫位移，会获得三个对应的应力分布结果，在该步骤S104中，根据三个应力分布结果，分别得到在X向的最大应力值、在Y向的最大应力值、在Z向的最大应力值，然后，通过比较这三个最大应力值，确定最大的一个作为第一应力分布中的最大应力值。

判断第二应力分布中的最大应力值是否小于三通式空调管路的材料屈服强度，具体实施过程中，沿用上述实施例，在步骤S103中分别沿X向、Y向、Z向施加PSD功率谱激励，会得到在±3σ置信区间下X向的均方根应力分布、在Y向的均方根应力分布、在Z向的均方根应力分布，在该步骤S104中，根据三个均方根应力分布结果，分别得到在X向的最大均方根应力值、在Y向的最大均方根应力值、在Z向的最大均方根应力值，然后，通过比较这三个最大均方根应力值，确定最大的一个作为第二应力分布中的最大应力值。

若均小于，则确定三通式空调管路的设计合理。

若有一个不小于，则确定三通式空调管路的设计不合理。

本实施例中，结构仿真分析软件在对仿真结构模型进行静强度分析或随机振动分析后，在结构各部分以不同的颜色进行标识，能够确定出应力分布的最大应力值、以及仿真结构模型在预设置信区间下的最大均方根应力值，然后，通过将该最大应力值及最大均方根应力值，分别和三通式空调管路的材料屈服强度进行比较，可以判断三通式空调管路是否能够承受载荷，其中，当应力分布中的最大应力值小于三通式空调管路的材料屈服强度，说明三通式空调管路能够承受强迫运动带来的载荷，反之，则不能；当最大均方根应力值小于三通式空调管路的材料屈服强度，说明三通式空调管路能够承受外部振动激励带来的载荷，反之，则不能。只有当三通式空调管路既能够承受强迫运动带来的载荷，又能够承受外部振动激励带来的载荷时，则说明三通式空调管路的设计合理。

作为一种可选的实施例，在确定三通式空调管路的设计不合理之后，设计方法还包括：

优化三通式空调管路的设计；

基于优化后的三通式空调管路，重新执行静强度分析、随机振动分析，以判断三通式空调管路的设计是否合理的步骤，直至确定三通式空调管路的设计合理。

作为一种可选的实施例，在步骤S104之前，还包括：

基于三通式空调管路在实际工作中受到的流体介质所产生的管道压力，对仿真结构模型进行模态分析；

步骤S104，包括：

基于模态分析的仿真结果、静强度分析的仿真结果及随机振动分析的仿真结果，判断三通式空调管路的设计是否合理。

考虑三通式空调管路在实际工作中，会受到环境的振动影响，容易与环境产生共振，本申请中主要考虑与路面及电机产生共振，当发生共振时，三通式空调管路的振动摆幅将会非常大，进而容易开裂，因此，本实施例中，在三通式空调管路的设计方法中，基于三通式空调管路在实际工作中受到的流体介质所产生的管道压力，对仿真结构模型进行模态分析，以考察三通式空调管路的模态是否容易和环境产生共振，有利于规避三通式空调管路在实际工作中容易与其环境共振而发生开裂风险。

本实施例中基于模态分析的仿真结构、静强度分析的仿真结果及随机振动分析的仿真结果三个方面，来判断三通式空调管路的设计是否合理，表明仿真结构模型只有在既能够承受极限运动带来的冲击，又能够承受持续的外部振动激励带来的冲击时，才确定三通式空调管路的设计是合理的，若有一个不满足条件，则证明其不合理。本实施例能够在设计阶段，规避三通式空调管路在面对各种恶劣工况时存在的开裂风险。

需要说明的是，流体介质所产生的管道压力根据对仿真结构模型进行流体分析而得，经申请人测量，管道压力一般为1.1～3MPa，优选地，取1.5Mpa，本领域技术人员在实际应用中可以参考。模态分析分为两个步骤，先建立静载分析步，包括模型中的约束和施加的载荷，载荷即为上述建立的管道压力；再建立模态分析步，包括模型中的约束和模态求解方法，并在此步中调用静载分析步，以获得一阶模态值。

“静强度分析”、“随机振动分析”、“模态分析”并无先后顺序，三者的顺序可以随意颠倒。另外，上述针对仿真结构模型进行的“静强度分析”、“随机振动分析”是独立分析的，应当理解，在对仿真结构模型进行静强度分析时，施加的载荷为强迫位移，不涉及外部振动激励；在对仿真结构模型进行随机振动分析时，施加的载荷为外部振动激励，不涉及强迫位移。还需要说明的是，由于三通式空调管路在实际工作中始终承受流体介质所产生的管道压力，即三通式空调管路在实际工作中受到强迫位移或是外部振动激励时，均是有流体介质存在的，因此，“静强度分析”、“随机振动分析”需要向三通式空调管路施加管道压力。

作为一种可选的实施例，基于三通式空调管路在实际工作中受到的流体介质所产生的管道压力，对仿真结构模型进行模态分析，包括：

获取三通式空调管路在实际工作中受到的流体介质所产生的管道压力；

向仿真结构模型中的各管道施加管道压力，进行模态分析，获得仿真结构模型的模态值。

本实施例中，三通式空调管路在实际工作中始终承受流体介质所产生的管道压力，因此，将其作为三通式空调管路计算模态时的固有因素，对于评价三通式空调管路的真实模态来说，更加准确。

作为一种可选的实施例，模态分析的仿真结果包括仿真结构模型的模态值，静强度分析的仿真结果包括仿真结构模型在进行静强度分析后获得的第一应力分布，随机振动分析的仿真结果包括仿真结构模型在进行随机振动分析后获得的第二应力分布；

基于模态分析的仿真结果、静强度分析的仿真结果及随机振动分析的仿真结果，判断三通式空调管路的设计是否合理，包括：

判断第一应力分布中的最大应力值是否小于三通式空调管路的材料屈服强度；

判断第二应力分布中的最大应力值是否小于三通式空调管路的材料屈服强度；

判断模态值的安全系数是否不小于预设安全系数；

若上述三个条件均满足，即最大应力值、及均方根应力值均小于三通式空调管路的材料屈服强度、且模态值的安全系数不小于预设安全系数，确定三通式空调管路的设计合理；

若有一个条件不满足，则确定三通式空调管路的设计不合理。

本实施例中，预设安全系数通常为1.1～1.5，优选地，取1.2，模态值的安全系数根据模态值与预设模态值的比值进行确定，此处，预设模态值的取值主要由电机正常工作时的频率确定，通常为50～60Hz。

若基于模态分析的仿真结果、静强度分析的仿真结果及随机振动分析的仿真结果，判断三通式空调管路的设计是否合理，相应地，作为一种可选的实施例，在确定三通式空调管路的设计不合理之后，设计方法还包括：

优化三通式空调管路的设计；

基于优化后的三通式空调管路，重新执行静强度分析、随机振动分析及模态分析，以判断三通式空调管路的设计是否合理的步骤，直至确定三通式空调管路的设计合理。

作为一种可选的实施例，三通式空调管路包括电机空调管道，电机空调管道与汽车的电机总成连接，电机空调管道上设置有橡胶软管；

优化三通式空调管路的设计，包括：

更改三通式空调管路的材料类型、增加三通式空调管路的材料厚度、延长橡胶软管的长度、增加三通式空调管路与环境件之间的连接点、调整三通式空调管路与环境件之间的连接位置中的至少一种，此处的环境件是指车身和/或车内与三通式空调管路的其他部件。进一步地，还可以根据最大应力值出现的位置，改变该位置的材料类型、材料厚度。

在其他实施例中，考虑到三通式空调管路在T型接口处对焊接工艺要求较高，在工艺上本身容易出现冲压减薄和应力集中问题，因此，本申请中，当最大应力值出现在三通式空调管路的T型接口处时，还可以更改接头的连接方式，或者增加橡胶软管部分的长度。

作为一种可选的实施例，在确定三通式空调管路的设计合理之后，设计方法还包括：

基于确定的合理的三通式空调管路的设计，制造三通式空调管路的样件；

基于三通式空调管路的样件进行台架试验和整车道路耐久试验，对三通式空调管路的设计进行二次验证。

需要说明的是，台架试验模型搭建和边界约束条件应和仿真结构模型保持一致，台架验证工况应与本实施例中的仿真分析标准保持一致。值得注意的是，基于本方法设计出的三通式空调管路，一次性通过台架试验和整车道路试验的概率很高，可大大减少试验次数，缩短开发周期，节约开发成本。

最后，通过一个实际的例子，对上述实施例的方法进行说明。

构建如图1所示的典型的电动汽车的三通式空调管路的仿真结构模型，该三通式空调管路的特性是本体材质为铝，材料牌号为3003-H12，其壁厚为3mm，并对约束点进行约束，得到的仿真结构模型，如图4所示。

其次，在仿真模型结构中所有能接触到冷媒作用的网格单元内表面施加均布管道压力1.5Mpa，进行模态分析，得到仿真模型结构的一阶模态值89Hz，安全系数大于预设目标要求1.2。

接着，在施加了管道压力1.5Mpa的仿真模型结构中，向电机载荷点沿X、Y、Z三个方向分别施加最大强迫位移15mm，进行静强度分析，得到最大应力值为172MPa；

然后，在施加了管道压力1.5Mpa的仿真模型结构中，输入上述实施例中的PSD(功率谱密度)，进行随机振动分析，得到在±3σ置信区间下的最大均方根应力值为120MPa；由于最大应力值和最大均方根应力值均超过三通式空调管路的材料屈服强度90Mpa，不符合设计要求，应进行优化改进。

考虑到三通式空调管路在T型接口处对焊接工艺要求较高，在工艺上本身容易出现冲压减薄和应力集中问题，因此，本申请中，当最大应力值出现在三通式空调管路的T型接口处时，该处呈鸭嘴型结构，综合考虑后，决定采用图5所示的优化改进方案，即将鸭嘴型结构改为三通中转接头形式，如图5和6所示，且同时延长橡胶软管以加强减震效果。

最后，重新的优化改进方案重新进行结构仿真分析，一阶模态略有降低，静强度分析的最大应力值仅52MPa，随机振动分析的均方根应力值仅为36MPa，该优化改进方案已符合设计要求。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

本申请提供的汽车的三通式空调管路的设计方法中，首先构建三通式空调管路的仿真结构模型，然后基于三通式空调管路在实际工作中受到的强迫运动，对仿真结构模型进行静强度分析，得到静强度分析的仿真结果；并基于三通式空调管路在实际工作中受到的外部振动激励，对仿真结构模型进行随机振动分析，得到随机振动分析的仿真结果，最后根据静强度分析的仿真结果和随机振动分析的仿真结果，判断三通式空调管路的当前设计是否承受在实际工作中受到的强迫运动以及外部振动激励，以确定三通式空调管路的设计是否合理。本申请考察了汽车的三通式空调管路的使用环境，对汽车的三通式空调管路进行仿真分析，适用于对汽车的三通式空调管路的结构设计，进而解决了现有技术中前期管路设计不合理，在电动汽车整车道路耐久试验中则容易出现开裂现象，需要重新进行优化设计，影响产品的开发周期，增加开发成本的技术问题。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种汽车的三通式空调管路的设计方法，其特征在于，包括：

构建所述三通式空调管路的仿真结构模型；

基于所述汽车的电机总成在实际工作中受到的强迫运动，对所述仿真结构模型进行静强度分析；

基于所述三通式空调管路在实际工作中受到的外部振动激励，对所述仿真结构模型进行随机振动分析；

基于所述静强度分析的仿真结果及所述随机振动分析的仿真结果，判断所述三通式空调管路的设计是否合理。

2.如权利要求1所述汽车的三通式空调管路的设计方法，其特征在于，

所述基于所述汽车的电机总成在实际工作中受到的强迫运动，对所述仿真结构模型进行静强度分析，包括：

获取所述汽车的电机总成在受到所述强迫运动时的强迫位移；

向所述仿真结构模型的电机载荷点施加所述强迫位移，对所述仿真结构模型进行静强度分析，以获得所述静强度分析的仿真结果，其中，所述电机载荷点为所述仿真结构模型的电机空调管道与所述电机总成连接的连接点。

3.如权利要求1所述汽车的三通式空调管路的设计方法，其特征在于，

所述基于所述三通式空调管路在实际工作中受到的外部振动激励，对所述仿真结构模型进行随机振动分析，包括：

获取PSD功率谱，所述PSD功率谱基于所述电机在实际工作中受到的路面激励及电机自激励而获得；

基于所述PSD功率谱，向所述仿真结构模型的电机载荷点施加所述外部振动激励，对所述仿真结构模型进行随机振动分析，以获得所述随机振动分析的仿真结果，其中，所述电机载荷点为所述仿真结构模型的电机空调管道与所述电机总成连接的连接点。

4.如权利要求1所述汽车的三通式空调管路的设计方法，其特征在于，所述静强度分析的仿真结果包括所述仿真结构模型在进行所述静强度分析后获得的第一应力分布，所述随机振动分析的仿真结果包括所述仿真结构模型在进行所述随机振动分析后获得的第二应力分布；

所述基于所述静强度分析的仿真结果及所述随机振动分析的仿真结果，判断所述三通式空调管路的设计是否合理，包括：

判断所述第一应力分布中的最大应力值是否小于所述三通式空调管路的材料屈服强度；

判断所述第二应力分布中的最大应力值是否小于所述三通式空调管路的材料屈服强度；

若均小于，则确定所述三通式空调管路的设计合理；

若有一个不小于，则确定所述三通式空调管路的设计不合理。

5.如权利要求1所述汽车的三通式空调管路的设计方法，其特征在于，在所述基于所述静强度分析的仿真结果及所述随机振动分析的仿真结果，判断所述三通式空调管路的设计是否合理之前，还包括：

基于所述三通式空调管路在实际工作中受到的流体介质所产生的管道压力，对所述仿真结构模型进行模态分析；

所述基于所述静强度分析的仿真结果及所述随机振动分析的仿真结果，判断所述三通式空调管路的设计是否合理，包括：

基于所述模态分析的仿真结果、所述静强度分析的仿真结果及所述随机振动分析的仿真结果，判断所述三通式空调管路的设计是否合理。

6.如权利要求5所述汽车的三通式空调管路的设计方法，其特征在于，所述基于所述三通式空调管路在实际工作中受到的流体介质所产生的管道压力，对所述仿真结构模型进行模态分析，包括：

获取所述三通式空调管路在实际工作中受到的流体介质所产生的管道压力；

向所述仿真结构模型中的各管道施加所述管道压力，进行所述模态分析，获得所述仿真结构模型的模态值。

7.如权利要求5所述汽车的三通式空调管路的设计方法，其特征在于，所述模态分析的仿真结果包括所述仿真结构模型的模态值，所述静强度分析的仿真结果包括所述仿真结构模型在进行所述静强度分析后获得的第一应力分布，所述随机振动分析的仿真结果包括所述仿真结构模型在进行所述随机振动分析后获得的第二应力分布；

所述基于所述模态分析的仿真结果、所述静强度分析的仿真结果及所述随机振动分析的仿真结果，判断所述三通式空调管路的设计是否合理，包括：

判断所述第一应力分布中的最大应力值是否小于所述三通式空调管路的材料屈服强度；

判断所述第二应力分布中的最大应力值是否小于所述三通式空调管路的材料屈服强度；

判断所述模态值的安全系数是否不小于预设安全系数；

若均满足，确定所述三通式空调管路的设计合理；

若有一个不满足，则确定所述三通式空调管路的设计不合理。

8.如权利要求5-7任一项所述汽车的三通式空调管路的设计方法，其特征在于，在确定所述三通式空调管路的设计不合理之后，所述设计方法还包括：

优化所述三通式空调管路的设计；

基于优化后的所述三通式空调管路，重新执行所述静强度分析、所述随机振动分析及所述模态分析，以判断所述三通式空调管路的设计是否合理的步骤，直至确定所述三通式空调管路的设计合理。

9.如权利要求8所述汽车的三通式空调管路的设计方法，其特征在于，所述三通式空调管路包括电机空调管道，所述电机空调管道与所述汽车的电机总成连接，所述电机空调管道上设置有橡胶软管；

所述优化所述三通式空调管路的设计，包括：

更改所述三通式空调管路的材料类型、增加所述三通式空调管路的材料厚度、延长橡胶软管的长度、增加所述三通式空调管路与环境件之间的连接点、调整所述三通式空调管路与环境件之间的连接位置中的至少一种。

10.如权利要求9所述汽车的三通式空调管路的设计方法，其特征在于，在确定所述三通式空调管路的设计合理之后，所述设计方法还包括：

基于确定合理的所述三通式空调管路的设计，制造所述三通式空调管路的样件；

基于所述三通式空调管路的样件进行台架试验和整车道路耐久试验，对所述三通式空调管路的设计进行二次验证。

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