安全氣囊ECU安裝點動剛度改進

譚 偉，趙 寧，于根穩，王海波

（東風汽車股份公司 商品研發院，武漢 430057）

在車輛發生碰撞時，安全氣囊是否起爆是由ECU通過采集車身加速度響應的曲線與寄存器算法中固化的曲線進行對比來判定的。因此ECU采集到的車身加速度信號的準確性對于氣囊起爆的控制精度起著至關重要的作用。大部分的氣囊ECU都是安裝在車身結構上，如果車身安裝點結構的動剛度不足，對ECU采集加速度信號就會有干擾，影響信號的質量。目前，絕大部分的氣囊ECU廠家對于ECU的安裝點動剛度都有相應的要求和標準。在某微車開發過程中，ECU廠家通過對安裝點進行錘擊法動剛度試驗發現，車身結構的動剛度沒有達到企業的設計標準，因此需要通過改變車身結構以提高ECU安裝點的動剛度。

1 動剛度有限元分析

1.1 有限元模型建模

ECU安裝在駕駛室前地板上，車身后部結構對該點的影響甚微，為了縮短分析計算的時間，因此可以截取B柱以前的車身結構進行分析研究，如圖1。在模型中約束車身前懸架安裝點和截取邊界節點的全部平動自由度，并在ECU安裝的螺栓孔上方20 mm處的節點上施加X、Y、Z三個方向上的單位載荷100 N，激勵的頻率范圍0～1000 Hz，有限元模型前處理采用Hypermesh軟件，車身結構的阻尼比取0.02。

1.2 有限元分析求解

分析計算采用NASTRAN求解器。NASTRAN求解器具有完善的頻率響應分析功能，在分析模型中采用直接頻率響應法進行求解，輸出激勵點的位移、速度和加速度。

1.3 動剛度結果后處理

在NASTRAN的計算結果OP2文件中，可以找出激勵點隨頻率變化的位移值，繪制成頻響位移曲線。加載的單位激勵力為100 N，通過計算激勵力和位移的比值即可得到對應頻率下動剛度。

如圖2所示，德國BOSCH公司對ECU支架X、Y、Z三個方向上的動剛度要求在50～2 000 Hz頻域內都不能低于2 000 N/mm（目標線）。原方案計算發現，車身ECU安裝點的動剛度（曲線）明顯不滿足要求，與試驗的結論是一致的。

2 車身結構改進

通過有限元分析的結果，發現車身前地板動剛度低的原因主要是：

（1）前地板為0.8 mm的單層鋼板，地板垂直方向的剛度很難提高。

（2）前地板上的加強筋形狀設計不夠合理，在某些頻率下，加強筋沒有起到加強的作用。

（3）前地板與發動機艙連接的拐角的抗彎剛度不足，在ECU安裝點受到X向沖擊時，發動機艙擋板不能提供支撐，增加剛度。

根據發現的問題，設計了五種新的加強結構方案，并進行了對比分析。

2.1 方案一

在地板上部增加1.2 mm厚槽型加強板，這可以增加地板與發動機艙擋板之間的抗彎剛度，見圖3。但是由于ECU上方設計了水杯托架，這個加強方案受其影響不能設計的太大，因此效果不明顯。從分析結果可知，在300 Hz～450 Hz之間，X和Z向的動剛度均低于目標值。

2.2 方案二

在方案一的基礎上將前地板通道的形狀進行優化，以增加前地板的剛度。通過計算發現安裝點Z向的動剛度有了明顯的提高，基本達到了設計要求，但是X向的動剛度仍然不足，該方案不能滿足要求。

2.3 方案三

設計了一個新的支架用于連接地板和圓管梁。前地板下方有一根圓管梁，剛度比地板要大。在地板和圓管梁之間增加連接件可以提高地板的剛度。通過有限元分析發現，前地板動剛度仍然低于目標值。

2.4 方案四

在前地板ECU安裝處增加0.7 mm厚的加強板。但是效果并不理想，動剛度只有略微的改善。

2.5 方案五

基于前四種方案，設計了一個組合型的結構，既連接前地板和圓管梁，也增加前地板局部的料厚，這樣一來可以把前幾種方案的改進效果疊加在一起，通過分析計算，效果非常明顯，前地板ECU安裝點在X、Y、Z三個方向的動剛度都達到了設計要求的目標值。

3 結論

本文通過有限元分析方法，對安全氣囊ECU安裝點動剛度進行了分析計算，并對安裝點的結構進行了改進設計，方案五的結構動剛度有了明顯的提升，達到了設計要求。最后的驗證試驗也表明安裝點結構的改進是有效的。

［1］NX NASTRAN 5.0 QUICK REFERENCE GUIDE.

［2］張守元，沈磊，黃杰燕.SRS-ECU支架動剛度分析與優化設計［M］.MSC.Soft ware中國用戶論文集，2010.

［3］龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動理論與應用［M］.北京：北京理工大學出版社，2006.