汪雙娥，王宇航

某SUV ESP模塊與支架的匹配設(shè)計(jì)及優(yōu)化

汪雙娥，王宇航

（江鈴汽車股份有限公司 產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心，江西 南昌 330052）

為某suv 新一代ESP模塊開發(fā)安裝支架，通過CAE技術(shù)全面評(píng)估振動(dòng)和強(qiáng)度性能是否符合設(shè)計(jì)要求。首先用有限元技術(shù)建立ESP模塊支架模型，對(duì)其進(jìn)行模態(tài)性能分析，結(jié)果表明其第一階固有頻率低于設(shè)計(jì)要求。然后對(duì)其進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，結(jié)果表明其振動(dòng)響應(yīng)幅值滿足設(shè)計(jì)要求，支架最大應(yīng)力小于材料屈服，滿足強(qiáng)度要求。最后通過優(yōu)化提升了支架模態(tài)一階固有頻率，使之滿足設(shè)計(jì)要求。

ESP；支架；模態(tài)；強(qiáng)度；優(yōu)化；CAE

1 引言

制動(dòng)ESP模塊是汽車制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，在整車主動(dòng)安全中屬于核心模塊，目前ESP模塊已集成了ECU和航偏角傳感器，因此必須保證車輛的加速度能夠通過ESP模塊支架有效傳遞給ECU和傳感器；同時(shí)減少振動(dòng)噪音。但是當(dāng)汽車在不平路面行駛時(shí)，路面不平度通過車輪懸掛、彈簧減、震器、車身一系列傳遞路徑將振動(dòng)激勵(lì)傳遞給ESP模塊，當(dāng)其固有頻率與路面激勵(lì)頻率接近時(shí)，將發(fā)生共振風(fēng)險(xiǎn)，造成ESP無法正常工作，導(dǎo)致極大行車安全風(fēng)險(xiǎn)[1]。同時(shí)引起疲勞強(qiáng)度開裂失效，直接影響制動(dòng)系統(tǒng)的功能可靠性。為了校核某SUV車型全新ESP支架的性能是否滿足設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)采用有限元方法對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析和頻率響應(yīng)強(qiáng)度分析，并且對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 NVH性能分析

2.1 建立有限元模型

總成主要由ESP電磁閥、ECU模塊、主副支架組成，電磁閥本體重量為2.1kg，支架厚度為2.0mm，其材料為Q235（屈服強(qiáng)度為235.0MPa），模型中加入部分有限元車身模型提供支架安裝基座，以提高模型準(zhǔn)確性，車身模型單元尺寸約6.5mm，ESP閥體支架采用尺寸為3mm的四邊形殼單元對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，閥本體采用4mm的六面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分以準(zhǔn)確表征質(zhì)量及慣量分布，螺栓連接采用剛性單元（RBE2）連接，至此建立ESP模塊總成完整有限元模型，如圖1所示。其中單元總數(shù)為41650，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為42732。

圖1 ESP模塊支架有限元模型

2.2 模態(tài)分析結(jié)果

基于ESP模塊支架有限元模型，采用Nastran軟件約束車身基座對(duì)其進(jìn)行模態(tài)性能分析[2]，獲取其第一階固有模態(tài)頻率為49.4Hz。如圖2所示為其模態(tài)振型，由圖2可知，其表現(xiàn)為繞X軸擺動(dòng)。該支架的第一階固有頻率低于ESP模塊支架設(shè)計(jì)要求的最低頻率（50.0Hz），有可能會(huì)導(dǎo)致ESP支架共振，模塊加速度信號(hào)失真[3]，不滿足制動(dòng)性能可靠性要求。

圖2 ESP模塊支架第一階模態(tài)陣型

2.3 振動(dòng)幅值響應(yīng)結(jié)果

表1 各方向振動(dòng)幅值響應(yīng)

基于ESP模塊支架有限元模型，采用Nastran軟件在車身基座約束點(diǎn)處分別加載X方向（1.0g）、Y方向（1.0g）和Z方向（1.0g）的振動(dòng)激勵(lì)，頻率計(jì)算范圍0~300Hz，設(shè)置阻尼單位為G，值為0.025，設(shè)置相應(yīng)的分析步和控制卡片，以此對(duì)其進(jìn)行頻率響應(yīng)分析。結(jié)果如表1所示，振動(dòng)響應(yīng)幅值滿足設(shè)計(jì)要求[3]。

3 強(qiáng)度性能分析

3.1 邊界條件

頻率響應(yīng)強(qiáng)度分析與振動(dòng)幅值響應(yīng)分析設(shè)置相同，只需額外輸出應(yīng)力結(jié)果。

3.2 頻率響應(yīng)分析應(yīng)力結(jié)果

如圖3所示，為ESP模塊支架頻率-應(yīng)力曲線。在整個(gè)頻域范圍內(nèi)，當(dāng)激勵(lì)頻率為80Hz時(shí)，支架的應(yīng)力幅值達(dá)到最大（128.6MPa）。

圖3 ESP模塊支架頻率-應(yīng)力曲線

如圖4所示，為ESP模塊支架的應(yīng)力云圖。可知ESP模塊支架的應(yīng)力集中點(diǎn)位于支架的安裝點(diǎn)處，應(yīng)力最大值小于其材料屈服極限，符合強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

圖4 ESP模塊支架應(yīng)力云圖

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了使該ESP模塊支架的模態(tài)性能符合設(shè)計(jì)要求，基于模態(tài)應(yīng)變能分布對(duì)支架進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化[4]。最大應(yīng)變能位于支架折彎處，綜合考慮布置空間、制造工藝及成本，選擇在折彎處增加輔助加強(qiáng)筋作為優(yōu)化方案。優(yōu)化之后ESP模塊支架第一階固有模態(tài)頻率為53.1Hz；X、Y、Z三方向的幅值如表2所示，滿足ESP模塊安裝設(shè)計(jì)NVH性能要求；強(qiáng)度應(yīng)力結(jié)果如圖5所示，最大應(yīng)力水平為118.6MPa，小于支架材料屈服極限值，滿足強(qiáng)度性能要求。

表2 優(yōu)化后各方向振動(dòng)幅值響應(yīng)

5 結(jié)論

采用CAE有限元技術(shù)對(duì)某ESP模塊支架進(jìn)行模態(tài)性能，頻率激勵(lì)響應(yīng)分析，按照設(shè)計(jì)要求對(duì)其NVH、強(qiáng)度性能進(jìn)行了全面評(píng)估。振動(dòng)幅值響應(yīng)、強(qiáng)度滿足要求，該ESP支架通過增加加強(qiáng)筋的改進(jìn)方法使其一階固有頻率提升到53.1Hz，符合模態(tài)性能要求。至此完成ESP模塊支架的匹配設(shè)計(jì)。

[1] 劉麗麗.基于MSC Nastran的汽車ESP安裝支架優(yōu)化與設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)輔助工程.2017,26（3）:1006-0871.

[2] 許文本,焦群英.機(jī)械振動(dòng)與模態(tài)分析基礎(chǔ)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998 : 1-92.

[3] BOSCH公司. BOSCH汽車工程乎冊(cè)[M].3版.顧柏良,譯.北京理工大學(xué)出版社,2009 : 4.

[4] 索明何,吳慶捷.汽車蓄電池支架頻率響應(yīng)分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究.2019,35（1）:196-199.

Performance Analysis and Optimization of a SUV ESP Bracket

Wang Shuang'e, Wang Yuhang

（Product Development & Technology Center, Jiangling Motors Corporation Limited, Jiangxi Nanchang 330052）

Develop the braket for a ESP model of a SUV to meet the design requirements. The performance of NVH and strength is evaluated by CAE. Firstly, the ESP bracket model was established by adopt finite element technique, it was modal performance analyzed, the analysis result showed that its first natural frequency was lower than the minmum value of design requirement,Secondly, the ESP bracket was frequency response strength analyzed, the analysis result showed that its maximum amplitude response is smaller than the maximum of requirement. also the analysis result showed that its maximum stress is smaller than material yield, it can meet strength requirements. Lastly, the structure of the ESP bracket was optimized design, its modal and strength properties could meet the requirements after optimized.

ESP; Bracket; Modal; Strength; Optimized; CAE

TH16

A

1671-7988(2019)24-167-03

TH16

A

1671-7988(2019)24-167-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.054

汪雙娥，就職于江鈴汽車股份有限公司產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)中心。