廖奇峰 李智威 黄德明 刘刚
摘 要：为提升某商用车轻量化指数，文章基于ABAQUS有限元仿真软件，采集了试验场ECU支架加速度数据，并对ECU支架基础方案和轻量化方案进行了CAE模态和强度对比分析，结果显示，轻量化方案满足设计目标要求，轻量化效果显著。
关键词：商用车;ECU支架;轻量化
中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2020）22-73-03
Abstract：
In order to improve the lightweight index of a commercial vehicle， based on ABAQUS finite element simulation software， this paper collects the acceleration data of ECU bracket in test field， and carries out CAE modal and strength comparative analysis on ECU bracket foundation scheme and lightweight scheme. The results show that the lightweight scheme meets the design target requirements， and the lightweight effect is significant.
Keywords：
Commercial vehicle; ECU bracket; Lightweight
CLC NO.：
U467 Document Code：
B Article ID：
1671-7988（2020）22-73-03
1 引言
随着国家经济飞速发展，商用车销量得到迅猛增长，由于其经济性和便利性，已经成为运输货物的必然选择[1]。与此同时，随着国六排放法规和双积分管理办法等政策的陆续出台，国家对于汽车行业提出了更高更严的要求，而在此背景下，汽车轻量化设计成为全行业竞争高地和重要发展方向。汽车轻量化技术，旨在保证汽车的强度、刚度和安全等性能的前提下，尽可能地减轻整备质量，进而提高汽车工作性能，实现低碳绿色环保可持续发展。
商用车的ECU是动力系统的控制核心部件，其具有存储数据、计算和发出指令的功能[3]整车在不同工况使用场景下，ECU会向发动机系统输出不同指令，以使发动机能够处于最佳工作状态[4]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。
本文首先在海南试验场实车采集了某商用车ECU支架加速度数据并进行了数据分析，同时采用ABAQUS软件，对ECU支架基础方案和轻量化方案进行了模态和强度对比分析，结果显示，轻量化方案避开了发动机怠速频率，且强度工况下，支架最大应力下降到材料屈服极限范围内，轻量化效果显著，满足了设计目标要求。
2 ECU支架加速度测试分析
2.1 海南试验场耐久道路工况
海南热带汽车试验场是我国首个汽车试验场，是现代化湿热气候的汽车试验基地，拥有可靠性试验路、强化腐蚀路等路面[3]。本文研究的某商用车开展的是坏路工况考核试验，主要包括扭曲路、石块路、鹅卵石路、条石路、搓板路等路面（图1）。
2.2 ECU支架加速度采集
本文在海南试验场进行了某商用车ECU支架加速度采集试验，加速度传感器布点布置如图2所示，样车为满载状态，总质量5995Kg。
2.3 ECU支架加速度测试数据分析
本文在海南试验场进行了三轮坏路工况下某商用车ECU支架加速度数据采集试验，试验结果如图3，由图可知，ECU支架安装位置X向最大加速度为2.1g，而Y向最大加速度为3.1g，Z向最大值达到4.6g，考虑到安全系数，本文用于CAE强度分析的加速度激励值为X3g，Y4g，Z5g。
3 ECU支架CAE轻量化分析
3.1 模態分析理论
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[5]。
3.2 ECU支架FEA模型
某商用车ECU支架通过三个安装孔与车架固定，而ECU模块通过四个固定孔与支架相连。基础方案支架厚度为3mm，材料为Q235，轻量化方案取消中间加强板，支架厚度为2mm，材料提升至SAPH440，材料屈服强度由原来的235MPa提升至375MPa，重量减轻1kg，支架为钣金件，采用单元类型为QUAD4 及少量壳单元来划分，ECU模块采用MASS单元模拟采用rigid单元连接于支架四个固定孔，网格大小按照3mm进行划分。图4为ECU支架基础方案和轻量化方案FEA模型。
3.3 ECU支架模态分析
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，计算出其固有频率及模态振型，获取其振动特性。图2所示其一阶振型，其中基础方案一阶频率为65.6Hz，而轻量化方案一阶频率为76.9Hz，频率有一定提升，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，轻量化方案避开了怠速共振频率。
3.4 ECU支架强度分析
根据上述采集到的试验场ECU支架加速度数据，本文对基础方案和轻量化方案进行了Z向5g强度对比分析，得到如图6的ECU支架强度分析结果，其中基础方案支架最大应力为642MPa，远超材料屈服强度235MPa，存在风险，对于轻量化方案，材料牌号提升后，支架最大应力下降至296MPa，满足SAPH440屈服强度范围内，应力下降效果显著，满足设计优化目标要求。
4 结论
本文通过CAE分析方法与试验场加速度测试试验相结合，对某商用车ECU支架进行了轻量化优化分析，得到如下结果：
ECU支架振动加速度实测峰值为X向3g，Y向4g，Z向5g;ECU支架模态分析结果显示，基础方案一阶频率为65.6Hz，轻量化方案一阶频率为76.9Hz，频率有一定提升，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，轻量化方案避开了怠速共振频率;ECU支架强度分析结果显示，基础方案最大应力超材料屈服，存在风险，实施轻量化措施后，支架满足强度目标要求，同时轻量化效果显著。
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.
[4] 黄超群，来飞，胡玉梅.重型货车车架纵梁静东强度分析[J].煤矿机械，2010，38（4）：152-157.
[5] 王锐，苏小平.汽车副车架强度模态分析及结构优化[J].机械设计与制造，2014，35（4）：46-58.
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