基于Nastran的某輕卡ECU支架共振問題優(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支架共振問題，文章基于Nastran有限元法對ECU支架共振問題進行了共振問題原因分析及性能優(yōu)化研究，通過對ECU基礎(chǔ)狀態(tài)方案進行了模態(tài)分析，得出了其一階頻率與發(fā)動機怠速頻率存在共振，并給出了ECU支架優(yōu)化方案，經(jīng)CAE模態(tài)分析，同時通過振動加速度測試試驗驗證，共振問題得到優(yōu)化解決。

關(guān)鍵詞：ECU支架;共振;模態(tài);優(yōu)化

中圖分類號：U462.1 ?文獻標(biāo)識碼：A ?文章編號：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)動機的控制核心部件，其具有存儲數(shù)據(jù)、計算和發(fā)出指令的功能^[1]，整車在不同工況使用場景下，ECU會向發(fā)動機系統(tǒng)輸出指令，以使發(fā)動機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)計密不可分。

結(jié)構(gòu)動力學(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Hyperworks軟件具備強大的前處理能力，并能夠與Nastran、Abaqus等諸多有限元求解器進行良好的數(shù)據(jù)交換。

本文針對某輕卡車型ECU支架在發(fā)動機怠速工況下存在振動抖動問題，進行了系統(tǒng)深入的ECU支架性能研究。對ECU支架基礎(chǔ)方案和優(yōu)化方案進行了模態(tài)分析，并通過振動加速度測試試驗，有效解決了該支架共振問題，滿足設(shè)計目標(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)振動特性的基礎(chǔ)，通過模態(tài)分析可以確定結(jié)構(gòu)的振動特性^[4]。

ECU支架的振動方程為^[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)動機怠速頻率接近時，會發(fā)生共振，產(chǎn)生較大振幅，由于低階頻率對振動影響較大，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支架通過三個安裝孔與駕駛室懸置支座固定，而ECU模塊通過四個安裝孔與支架相連。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)化方案增加了加強板，其彈性模量為210GPa，泊松比為0.3，屈服強度為235MPa。支架為鈑金件，采用單元類型為QUAD4 及少量板殼單元來劃分，ECU模塊采用mass單元模擬，并運用reb3單元連接于支架四個安裝孔，模型網(wǎng)格大小按照4mm進行劃分。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

通過對某輕卡ECU支架基礎(chǔ)方案和優(yōu)化方案進行約束模態(tài)分析，計算出其各階固有頻率及模態(tài)振型，獲取其振動特性。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)動機怠速的激勵頻率為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，存在共振問題，優(yōu)化方案帶加強筋后，一階模態(tài)頻率提升至65.6Hz，改善效果顯著。

3?ECU支架振動測試分析

某輕卡怠速工況下，通過測試ECU支架基礎(chǔ)方案和優(yōu)化方案加速度響應(yīng)值，得出兩方案的振動響應(yīng)對比結(jié)果，驗證優(yōu)化方案有效性。

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

4 結(jié)論

綜上所述，本文針對某輕卡車型ECU支架在發(fā)動機怠速工況下存在振動抖動問題，基于Nastran有限元法，對ECU支架基礎(chǔ)方案和優(yōu)化方案進行了模態(tài)分析，并通過振動加速度測試試驗，有效解決了該支架共振問題，滿足目標(biāo)要求。

參考文獻

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