发动机ECU?架CAE分析及优化
时间：2022-09-28 12:20:08 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
涂?? 林?? 侯路 罗?
摘要：某轻卡?型在可靠性坏路路?负荷试验中发?发动机ECU?架断裂问题，经查为ECU?架未按照设计要求进?焊接，导致?阶模态与整?怠速频率较为接近，?架发?振动疲劳失效。调件换装满?设计要求的?架进?路试再次发?振动疲劳失效，针对发?的?架开裂问题进?详细解析，并通过仿真分析制定优化?案并在台架试验上进?验证，最终解决?架开裂问题。
关键词：ECU?架;失效;仿真分析;台架验证
中图分类号：U464 收稿?期：2022-01-15
DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.004
1 问题描述某轻卡?型在耐久路试中出现发动机ECU?架断裂现象，故障?程为12 000 km（试验要求达到25 000 km），查看故障件发现?架底部安装板位置焊缝与设计状态不?致，如图1所?。
初步判定为供应商未按照图纸设计要求进?焊接，导致发动机ECU?架模态、强度及刚度性能?幅下降，耐久试验出现断裂。与供应商沟通协调后，调换按照图纸设计要求的?架进?换装试验，换装后试验进??8 000 km后，发动机ECU?架再次发?开裂，如图2所?。
针对此发动机ECU?架断裂问题展开详细解析。
2 发动机ECU?架断裂解析对发动机ECU?架进?强度模态分析。模型建?：有限元模型仅包含发动机ECU?架、部分?架、ECU。其中ECU?架、?架采?5 mm的壳单元?格，发动机ECU使?mass点进?配重。?架使?08AL材料，料厚为3.0 mm，?架使?DL510材料，料厚为6.0 mm，螺栓孔均使?RBE2连接。使?整?坐标系，按照右?法则，+X指向?尾?向，+Y指向?右侧，+Z指向?上?，如图3所?。
模态分析：约束所截取?架边界123456?由度，提交求解器Optistruct进?模态计算。计算结果前三阶模态，发动机ECU?架下底板半焊和满焊的?阶模态如图4所?。
强度分析：分别计算制动（X-1gZ-1g）、转向（Y0.6gZ-1g）、上跳（Z-3g）?况下?架的应?情况。计算结果如图5所?。
分别测试半焊样件状态和原设计?案状态搭载在整?状态下的实际模态。将仿真分析的模态、强度分析结果和实测模态汇总如表1所?。
由表1可看出仿真分析的模态结果与试验实测结果偏差较?，推断主要原因为仿真分析中未考虑ECU与?架间的软垫，因此连接软垫刚度在设计中未进?定义，设计部??法给出刚度值，故前期仿真分析校核时未进?建模。此连接软垫在仿真中使?CBUSH单元进?模拟，通过调整软垫刚度对仿真模型进?修正。修正后将模态、强度结果汇总如表2所?。
通过表1和表2对?可知，模型修正后仿真和试验的前两阶模态偏差值较小。强度分析结果在修正前后差别不?。
解析第?次?架断裂：在制动、转向、上跳?况下最?应?值均远小于强度判定标准（ 材料的抗拉强度×0.4=108 MPa）;?阶实测模态为26 Hz，与整?怠速频率存在重叠，推断失效原因可能为怠速共振失效。
解析第?次?架开裂：在制动、转向、上跳?况下最?应?值均远小于强度判定标准（ 材料的抗拉强度×0.4=108 MPa）;?阶实测模态为40 Hz，与整?怠速频率相距较远，排除了怠速共振失效的可能。推测失效原因可能是ECU?架位于发动机前悬置安装点附近，发动机某常?转速下与ECU?架形式共振。
3 优化对策在修正模型的基础进??案优化，制定优化对策：优化?案1为肋板延??底板边缘，且底板增加2 mm垫板，如图6所?。优化?案2为板延??底板边缘，且底板增加2 mm垫板，同时材料变更为DL510。
优化?案1、优化?案2的?阶模态由40.4 Hz提升?46.3 Hz。汇总模态和强度分析结果如表3所?。
疲劳仿真分析：建?频响分析模型，在截取?架边界位置分别加载1g的X、Y、Z三?向的加速度激励，扫频范围为1～200 Hz。同时以实?采集的发动机ECU?架安装位置处?架的加速度激励为输?建?疲劳仿真模型。各?案疲劳寿命分析结果如图7所?。
4 台架试验验证
试验?况的制定：使?上?所搭建的疲劳仿真分析模型，分别以XYZ向激励、单独X向激励、单独Y向激励、单独Z向激励作为输?计算损伤占?，计算结果如图8所?。由分析结果可知，Y向激励损伤占绝对主导，故台架试验仅进?Y向加载。
将原设计?案、优化?案1、优化?案2分别按照制定的?况进?台架试验。
ECU?架总成和ECU软垫连接固定，并通过?装固定在电磁振动台上，ECU?架总成底板与?装接触宽度保持与实际装配宽度?致，样件试验采?Y向随机振动。振动信号使?实?采集的发动机ECU?架安装位置处?架的加速度激励，观察振动过程中发动机ECU?架总成是否出现断裂。样件固定及加载?式如图9所?。
分别完成原设计?案样件、优化?案1样件、优化?案2样件试验后将试验结果汇总如表4所?。
由试验结果可知，原设计?案样件断裂位置和失效?式与整?耐久试验完全?致，故可根据台架振动试验时?和整?耐久试验?程建?量化关系，即台架试验8 h等效于整?耐久试验8 000 km。通过等效换算，优化?案1 可满?整?耐久?程23 333 km。台架振动试验中?架失效位置为?板位置，且靠近肋板上沿位置。失效位置与整?耐久试验不?致，分析原因为下部底板加强后，ECU?架的薄弱点发?转移。优化?案2因?装夹具损坏，试验未达到破坏，但可确定优化?案2可满?整?耐久?程45 750 km以上。
5 结语
通过台架试验验证可知，优化?案1等效整?耐久?程23 333 km，不满?25 000 km的耐久?程要求。若采??案1需将肋板上延，并重新制作样件验证。优化?案2可满?整?25 000 km的耐久?程要求。综合考虑各??因素，最终选择优化?案2为最终对策?案。
此类?架的模态和强度的仿真分析判定标准为：?阶模态≥30 Hz;制动、转向、上跳各?况的最?应?<0.4×材料的抗拉强度。但在本案例中，发动机ECU?架的原设计?案状态满?此判定基准。实际装?进?整?耐久性试验时仍发??架开裂问题（第?次换装原设计?案状态样件进?验证）。对于第?次整?耐久试验?架开裂，?前推测为?架安装位置（如动?总成）存在30 Hz以上的振动激励，导致此?架发?共振，并发?振动疲劳失效。而在数据设计阶段要避免此类问题的发?，除了要满?基本的模态强度要求外还需对整?各系统的模态分布进?规划，通过搭建整?NVH模型并进?仿真分析，避免相邻系统零部件产?共振。
作者简介：涂??，男 ，1988年?，?程师，研究?向为?辆被动安全。1BC97061-43C9-4F96-AE78-52F8B3DA5AE7
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