基于Nastran的某輕卡ECU支架共振問(wèn)題優(yōu)化研究

黃勤 劉風(fēng)華 何帆影 黃德明 宋磊

摘 要：為解決某輕卡ECU支架共振問(wèn)題，文章基于Nastran有限元法對(duì)ECU支架共振問(wèn)題進(jìn)行了共振問(wèn)題原因分析及性能優(yōu)化研究，通過(guò)對(duì)ECU基礎(chǔ)狀態(tài)方案進(jìn)行了模態(tài)分析，得出了其一階頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率存在共振，并給出了ECU支架優(yōu)化方案，經(jīng)CAE模態(tài)分析，同時(shí)通過(guò)振動(dòng)加速度測(cè)試試驗(yàn)驗(yàn)證，共振問(wèn)題得到優(yōu)化解決。

關(guān)鍵詞：ECU支架;共振;模態(tài);優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U462.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：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是發(fā)動(dòng)機(jī)的控制核心部件，其具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、計(jì)算和發(fā)出指令的功能^[1]，整車在不同工況使用場(chǎng)景下，ECU會(huì)向發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)輸出指令，以使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠處于最佳工作狀態(tài)^[2]整車良好的性能發(fā)揮不僅與ECU自身控制單元關(guān)聯(lián)，而且和其固定安裝支架良好設(shè)計(jì)密不可分。

結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析是Nastran的主要功能之一，主要包括：正則模態(tài)及特征值分析，頻率及瞬態(tài)響應(yīng)分析、聲學(xué)分析及靈敏度分析等^[3]。同時(shí)Hyperworks軟件具備強(qiáng)大的前處理能力，并能夠與Nastran、Abaqus等諸多有限元求解器進(jìn)行良好的數(shù)據(jù)交換。

本文針對(duì)某輕卡車型ECU支架在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下存在振動(dòng)抖動(dòng)問(wèn)題，進(jìn)行了系統(tǒng)深入的ECU支架性能研究。對(duì)ECU支架基礎(chǔ)方案和優(yōu)化方案進(jìn)行了模態(tài)分析，并通過(guò)振動(dòng)加速度測(cè)試試驗(yàn)，有效解決了該支架共振問(wèn)題，滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求。

2 ECU支架模態(tài)分析

2.1 模態(tài)分析理論

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)固有模態(tài)頻率及其模態(tài)振型是分析結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的基礎(chǔ)，通過(guò)模態(tài)分析可以確定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性^[4]。

ECU支架的振動(dòng)方程為^[5]：

式（1）中，[M]為結(jié)構(gòu)總質(zhì)量矩陣;C為阻尼矩陣;[K]為總剛度矩陣;為加速度向量;{q}為位移向量。對(duì)應(yīng)的特征值方程為：

式（2）中ω為結(jié)構(gòu)固有頻率，當(dāng)ECU支架固有頻率和發(fā)動(dòng)機(jī)怠速頻率接近時(shí)，會(huì)發(fā)生共振，產(chǎn)生較大振幅，由于低階頻率對(duì)振動(dòng)影響較大，因此僅求解該其前2階固有頻率。

2.2 ECU支架有限元模型

ECU支架通過(guò)三個(gè)安裝孔與駕駛室懸置支座固定，而ECU模塊通過(guò)四個(gè)安裝孔與支架相連。ECU模塊質(zhì)量為0.48kg，基礎(chǔ)方案和優(yōu)化方案支架材料都為Q235，優(yōu)化方案增加了加強(qiáng)板，其彈性模量為210GPa，泊松比為0.3，屈服強(qiáng)度為235MPa。支架為鈑金件，采用單元類型為QUAD4 及少量板殼單元來(lái)劃分，ECU模塊采用mass單元模擬，并運(yùn)用reb3單元連接于支架四個(gè)安裝孔，模型網(wǎng)格大小按照4mm進(jìn)行劃分。圖1為ECU支架基礎(chǔ)方案和優(yōu)化方案有限元模型。

2.3 模態(tài)分析結(jié)果

通過(guò)對(duì)某輕卡ECU支架基礎(chǔ)方案和優(yōu)化方案進(jìn)行約束模態(tài)分析，計(jì)算出其各階固有頻率及模態(tài)振型，獲取其振動(dòng)特性。表1是其前二階固有頻率及其陣型，圖2所示其前二階振型。

某輕卡的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速的激勵(lì)頻率為26.7Hz，由ECU支架約束模態(tài)分析結(jié)果可知，基礎(chǔ)方案一階模態(tài)頻率24.5Hz，存在共振問(wèn)題，優(yōu)化方案帶加強(qiáng)筋后，一階模態(tài)頻率提升至65.6Hz，改善效果顯著。

3?ECU支架振動(dòng)測(cè)試分析

某輕卡怠速工況下，通過(guò)測(cè)試ECU支架基礎(chǔ)方案和優(yōu)化方案加速度響應(yīng)值，得出兩方案的振動(dòng)響應(yīng)對(duì)比結(jié)果，驗(yàn)證優(yōu)化方案有效性。

基于上述輕卡ECU支架基礎(chǔ)方案和優(yōu)化方案三向振動(dòng)加速度峰值結(jié)果表可值，X向振動(dòng)下降86.8%，Y向振動(dòng)下降60.8%，Z向振動(dòng)下降55.3%，優(yōu)化方案改善效果非常顯著，共振問(wèn)題得到解決。

4 結(jié)論

綜上所述，本文針對(duì)某輕卡車型ECU支架在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下存在振動(dòng)抖動(dòng)問(wèn)題，基于Nastran有限元法，對(duì)ECU支架基礎(chǔ)方案和優(yōu)化方案進(jìn)行了模態(tài)分析，并通過(guò)振動(dòng)加速度測(cè)試試驗(yàn)，有效解決了該支架共振問(wèn)題，滿足目標(biāo)要求。

參考文獻(xiàn)

[1]?張邢磊.汽車構(gòu)造[M].長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2010.

[2]?王友華，靖娟.基于頻率響應(yīng)的某車型ECU支架CAE強(qiáng)度分析及優(yōu)化[J].機(jī)械工程師，2019，（6）：114-116.

[3] 木標(biāo).某客車車架結(jié)構(gòu)性能分析及優(yōu)化[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，?2013.

[4] 黃超群，來(lái)飛，胡玉梅.重型貨車車架縱梁靜東強(qiáng)度分析[J].煤礦機(jī)械，2010，38（4）：152-157.

[5] 王銳，蘇小平.汽車副車架強(qiáng)度模態(tài)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2014，35（4）：46-58.