基于Nastran的某轻卡ECU支架共振问题优化研究

2020-06-03黄勤刘风华何帆影黄德明宋磊

汽车实用技术 2020年9期

黄勤刘风华何帆影黄德明宋磊

摘要：为解决某轻卡ECU支架共振问题，文章基于Nastran有限元法对ECU支架共振问题进行了共振问题原因分析及性能优化研究，通过对ECU基础状态方案进行了模态分析，得出了其一阶频率与发动机怠速频率存在共振，并给出了ECU支架优化方案，经CAE模态分析，同时通过振动加速度测试试验验证，共振问题得到优化解决。

关键词：ECU支架;共振;模态;优化

中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988（2020）09-146-02

Optimization of resonance problem of ECU bracket of Light truck based on Nastran

Huang Qin， Liu Fenghua， He Fanying， Huang Deming， Song Lei

（ Product Development & Technical Center， Jiangxi-Isuzu Motors Co， Ltd， Jiangxi Nanchang 330001 ）

Abstract： Aiming at solving the resonance problem of ECU bracket of light truck， in this paper， the resonance problem of ECU bracket is analyzed and its performance optimization is studied. The mode analysis of ECU basic state scheme is carried out， it is found that there is resonance between the first frequency and the idle frequency of the engine. In this paper， the optimization scheme of ECU bracket is given， after CAE modal analysis， and at the same time， through the vibration acceleration test verification， the resonance problem has been optimized and solved.

Keywords： ECU bracket; Resonance; Model; Optimization

CLC NO.： U462.1 Document Code： A Article ID： 1671-7988（2020）09-146-02

1 引言

ECU是发动机的控制核心部件，其具有存储数据、计算和发出指令的功能^[1]，整车在不同工况使用场景下，ECU会向发动机系统输出指令，以使发动机能够处于最佳工作状态^[2]整车良好的性能发挥不仅与ECU自身控制单元关联，而且和其固定安装支架良好设计密不可分。

结构动力学分析是Nastran的主要功能之一，主要包括：正则模态及特征值分析，频率及瞬态响应分析、声学分析及灵敏度分析等^[3]。同时Hyperworks软件具备强大的前处理能力，并能够与Nastran、Abaqus等诸多有限元求解器进行良好的数据交换。

本文针对某轻卡车型ECU支架在发动机怠速工况下存在振动抖动问题，进行了系统深入的ECU支架性能研究。对ECU支架基础方案和优化方案进行了模态分析，并通过振动加速度测试试验，有效解决了该支架共振问题，满足设计目标要求。

2 ECU支架模态分析

2.1 模态分析理论

结构系统固有模态频率及其模态振型是分析结构振动特性的基础，通过模态分析可以确定结构的振动特性^[4]。

ECU支架的振动方程为^[5]：

式（1）中，[M]為结构总质量矩阵;C为阻尼矩阵;[K]为总刚度矩阵;为加速度向量;{q}为位移向量。对应的特征值方程为：

式（2）中ω为结构固有频率，当ECU支架固有频率和发动机怠速频率接近时，会发生共振，产生较大振幅，由于低阶频率对振动影响较大，因此仅求解该其前2阶固有频率。

2.2 ECU支架有限元模型

ECU支架通过三个安装孔与驾驶室悬置支座固定，而ECU模块通过四个安装孔与支架相连。ECU模块质量为0.48kg，基础方案和优化方案支架材料都为Q235，优化方案增加了加强板，其弹性模量为210GPa，泊松比为0.3，屈服强度为235MPa。支架为钣金件，采用单元类型为QUAD4 及少量板壳单元来划分，ECU模块采用mass单元模拟，并运用reb3单元连接于支架四个安装孔，模型网格大小按照4mm进行划分。图1为ECU支架基础方案和优化方案有限元模型。

2.3 模态分析结果

通过对某轻卡ECU支架基础方案和优化方案进行约束模态分析，计算出其各阶固有频率及模态振型，获取其振动特性。表1是其前二阶固有频率及其阵型，图2所示其前二阶振型。

某轻卡的发动机怠速的激励频率为26.7Hz，由ECU支架约束模态分析结果可知，基础方案一阶模态频率24.5Hz，存在共振问题，优化方案带加强筋后，一阶模态频率提升至65.6Hz，改善效果显著。

3 ECU支架振动测试分析

某轻卡怠速工况下，通过测试ECU支架基础方案和优化方案加速度响应值，得出两方案的振动响应对比结果，验证优化方案有效性。

基于上述轻卡ECU支架基础方案和优化方案三向振动加速度峰值结果表可值，X向振动下降86.8%，Y向振动下降60.8%，Z向振动下降55.3%，优化方案改善效果非常显著，共振问题得到解决。

4 結论

综上所述，本文针对某轻卡车型ECU支架在发动机怠速工况下存在振动抖动问题，基于Nastran有限元法，对ECU支架基础方案和优化方案进行了模态分析，并通过振动加速度测试试验，有效解决了该支架共振问题，满足目标要求。

参考文献

[1] 张邢磊.汽车构造[M].长沙：国防科技大学出版社，2010.

[2] 王友华，靖娟.基于频率响应的某车型ECU支架CAE强度分析及优化[J].机械工程师，2019，（6）：114-116.

[3] 木标.某客车车架结构性能分析及优化[D].合肥：合肥工业大学， 2013.