汽车安全气囊ECU共振分析

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作者：东南(福建)汽车工业有限公司 卞信涛
关键词：安全气囊 ECU，共振，动刚度
1 概述
安全气囊ECU作为汽车被动安全系统的重要模块，用于检测碰撞加速度信号，控制安全气囊的起爆时间，对保护乘员人身安全具有重要作用。但如果安全气囊发生误爆时，安全气囊不但不能对乘员起到保护作用，还会对乘员造成严重的伤害。为防止安全气囊由于共振而产生误起爆，ECU安装支架必须满足一定的动刚度设计要求，而在概念设计阶段通过仿真分析可有效提高安全气囊ECU安装支架的设计的效率及准确性。
2 ECU支架共振分析原理
安全气囊ECU安装支架的动刚度设计要求通过安装支架上ECU固定点位置的声惯量曲线来体现，声惯量曲线计算公式如下：

其中，AX、AY、AZ为安装支架上ECU固定位置的三方向加速度响应，F为激励力。

图 1 声惯量曲线评价标准

声惯量曲线必须满足图1所示的评价标准，其中，斜线区域为良好区，空白区域为可接受区，方格区域为不可接受区，为满足安装支架的动刚度设计要求，安装支架上ECU固定点位置的声惯量曲线必须落在可接受区和良好区内。
3 ECU安装支架仿真分析及优化
3.1 某车型ECU安装支架前期设计
某车型的ECU安装支架位于前地板中部，分析时取ECU支架及附近结构为分析对象，采用Altair/HyperMesh软件建立结构有限元模型，选用基本尺寸为5mm的壳单元进行网格划分，约束地板下纵梁的XYZ三方向自由度，模拟结构边界。在安装支架上ECU固定点位置施加三方向的动态单位激励力，分析频域为1-1000Hz，通过RADIOSS求解器计算，输出ECU固定点位置的三方向加速度响应。

图2 ECU安装支架前期设计有限元模型

3.2 ECU安装支架优化分析
由于前期设计的ECU 安装支架结构存在一定的共振风险，故考虑增加以下两种优化方案，提高ECU安装支架的动刚度。
1、在地板上方增加一块L形安装板；
2、在地板下方增加一块弓形加强板。
具体优化方案如图3所示。

对比优化前后的ECU固定点位置的声惯量曲线表明：优化后的ECU固定点位置的声惯量曲线较优化前有明显改善，满足ECU安装支架的动刚度设计要求。优化前后的ECU固定点位置的声惯量曲线如图4所示。

图 4 优化前后的 ECU 固定点位置的声惯量曲线

4 ECU安装支架共振试验验证
将优化后的ECU安装支架安装在车身上做共振试验，在ECU壳体三个轴向上安装传感器，使用力锤对安装螺栓的X、Y、Z 方向进行敲击，采集力锤的激励信号和传感器的加速度响应信号。ECU安装支架共振试验如图5所示：

图 5 ECU 安装支架共振试验

经过数据处理后的到ECU固定点位置的声惯量试验曲线，与仿真得到的声惯量曲线对比后如图6所示。

图 6 ECU 固定点位置声惯量仿真试验曲线对比

根据以上结果表明：仿真结果与试验数据基本吻合，优化方案可行。
5 结论
本文运用RADIOSS求解器进行某安全气囊ECU安装支架的动刚度仿真分析计算，并对安装支架结构进行了优化，使ECU安装支架能够满足设计所需的动刚度要求，有效的提高了设计的效率及试验成本。(end)