某SUV ESP模块与支架的匹配设计及优化

汪双娥，王宇航

某SUV ESP模块与支架的匹配设计及优化

汪双娥，王宇航

（江铃汽车股份有限公司 产品开发技术中心，江西 南昌 330052）

为某suv 新一代ESP模块开发安装支架，通过CAE技术全面评估振动和强度性能是否符合设计要求。首先用有限元技术建立ESP模块支架模型，对其进行模态性能分析，结果表明其第一阶固有频率低于设计要求。然后对其进行频率响应分析，结果表明其振动响应幅值满足设计要求，支架最大应力小于材料屈服，满足强度要求。最后通过优化提升了支架模态一阶固有频率，使之满足设计要求。

ESP；支架；模态；强度；优化；CAE

1 引言

制动ESP模块是汽车制动系统的重要组成部分，在整车主动安全中属于核心模块，目前ESP模块已集成了ECU和航偏角传感器，因此必须保证车辆的加速度能够通过ESP模块支架有效传递给ECU和传感器；同时减少振动噪音。但是当汽车在不平路面行驶时，路面不平度通过车轮悬挂、弹簧减、震器、车身一系列传递路径将振动激励传递给ESP模块，当其固有频率与路面激励频率接近时，将发生共振风险，造成ESP无法正常工作，导致极大行车安全风险[1]。同时引起疲劳强度开裂失效，直接影响制动系统的功能可靠性。为了校核某SUV车型全新ESP支架的性能是否满足设计要求，现采用有限元方法对其进行模态分析和频率响应强度分析，并且对其进行优化设计。

2 NVH性能分析

2.1 建立有限元模型

总成主要由ESP电磁阀、ECU模块、主副支架组成，电磁阀本体重量为2.1kg，支架厚度为2.0mm，其材料为Q235（屈服强度为235.0MPa），模型中加入部分有限元车身模型提供支架安装基座，以提高模型准确性，车身模型单元尺寸约6.5mm，ESP阀体支架采用尺寸为3mm的四边形壳单元对其进行网格划分，阀本体采用4mm的六面体单元进行网格划分以准确表征质量及惯量分布，螺栓连接采用刚性单元（RBE2）连接，至此建立ESP模块总成完整有限元模型，如图1所示。其中单元总数为41650，节点总数为42732。

图1 ESP模块支架有限元模型

2.2 模态分析结果

基于ESP模块支架有限元模型，采用Nastran软件约束车身基座对其进行模态性能分析[2]，获取其第一阶固有模态频率为49.4Hz。如图2所示为其模态振型，由图2可知，其表现为绕X轴摆动。该支架的第一阶固有频率低于ESP模块支架设计要求的最低频率（50.0Hz），有可能会导致ESP支架共振，模块加速度信号失真[3]，不满足制动性能可靠性要求。

图2 ESP模块支架第一阶模态阵型

2.3 振动幅值响应结果

表1 各方向振动幅值响应

基于ESP模块支架有限元模型，采用Nastran软件在车身基座约束点处分别加载X方向（1.0g）、Y方向（1.0g）和Z方向（1.0g）的振动激励，频率计算范围0~300Hz，设置阻尼单位为G，值为0.025，设置相应的分析步和控制卡片，以此对其进行频率响应分析。结果如表1所示，振动响应幅值满足设计要求[3]。

3 强度性能分析

3.1 边界条件

频率响应强度分析与振动幅值响应分析设置相同，只需额外输出应力结果。

3.2 频率响应分析应力结果

如图3所示，为ESP模块支架频率-应力曲线。在整个频域范围内，当激励频率为80Hz时，支架的应力幅值达到最大（128.6MPa）。

图3 ESP模块支架频率-应力曲线

如图4所示，为ESP模块支架的应力云图。可知ESP模块支架的应力集中点位于支架的安装点处，应力最大值小于其材料屈服极限，符合强度设计要求。

图4 ESP模块支架应力云图

4 优化设计

为了使该ESP模块支架的模态性能符合设计要求，基于模态应变能分布对支架进行结构优化[4]。最大应变能位于支架折弯处，综合考虑布置空间、制造工艺及成本，选择在折弯处增加辅助加强筋作为优化方案。优化之后ESP模块支架第一阶固有模态频率为53.1Hz；X、Y、Z三方向的幅值如表2所示，满足ESP模块安装设计NVH性能要求；强度应力结果如图5所示，最大应力水平为118.6MPa，小于支架材料屈服极限值，满足强度性能要求。

表2 优化后各方向振动幅值响应

5 结论

采用CAE有限元技术对某ESP模块支架进行模态性能，频率激励响应分析，按照设计要求对其NVH、强度性能进行了全面评估。振动幅值响应、强度满足要求，该ESP支架通过增加加强筋的改进方法使其一阶固有频率提升到53.1Hz，符合模态性能要求。至此完成ESP模块支架的匹配设计。

[1] 刘丽丽.基于MSC Nastran的汽车ESP安装支架优化与设计[J].计算机辅助工程.2017,26（3）:1006-0871.

[2] 许文本,焦群英.机械振动与模态分析基础[M].北京:机械工业出版社,1998 : 1-92.

[3] BOSCH公司. BOSCH汽车工程乎册[M].3版.顾柏良,译.北京理工大学出版社,2009 : 4.

[4] 索明何,吴庆捷.汽车蓄电池支架频率响应分析及其优化设计[J].机械设计与研究.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

汪双娥，就职于江铃汽车股份有限公司产品开发技术中心。