基于VB語言的NVH-CAE后處理程序的開發(fā)與應(yīng)用

朱淑強 徐曉羽 郝麗娜

（1.東風(fēng)日產(chǎn)乘用車公司；2.南京工業(yè)大學(xué)；3.東北大學(xué)）

汽車的振動和噪聲問題，即為NVH問題。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，CAE已經(jīng)成熟的運用在汽車NVH的研發(fā)中[1]。在汽車開發(fā)的前期，對模態(tài)、車身接附點剛性、車體振動及噪聲靈敏度進行CAE分析和評價，會產(chǎn)生大量的結(jié)果文件，通常可以使用通用的商業(yè)軟件進行后處理。但由于各大主機廠自身分析項目、需求和側(cè)重點不一樣，商業(yè)后處理軟件也不能完全滿足自身需求，在商業(yè)軟件的基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)已經(jīng)成為一種趨勢，各公司和研究機構(gòu)也做了大量的工作[2-5]。這些二次開發(fā)工作可以解決一部分實際問題，但由于是基于商業(yè)軟件做的，一部分有需求的后處理功能并不能實現(xiàn)。擺脫二次開發(fā)的束縛，開發(fā)一套滿足需求的NVH-CAE后處理程序則顯得尤為重要。文章基于VB編程語言，編寫了一套NVH-CAE后處理程序。由于脫離了商業(yè)軟件的應(yīng)用環(huán)境，程序功能多樣，使用靈活，滿足了項目自身的研發(fā)要求。

1 NVH-CAE后處理現(xiàn)狀分析

1.1 數(shù)據(jù)量大處理繁瑣

NVH-CAE要處理的結(jié)果數(shù)據(jù)較大。在動剛度分析中，往往涉及到40～50個激勵點的等效剛度計算，每個點又可能有3個方向，也就是說一共要計算120～150條IPI（原點加速度導(dǎo)納）曲線的動剛度。采用套用公式手動計算方法，工作量大，操作重復(fù)，枯燥繁瑣，極易出錯；在傳遞函數(shù)（包括振動傳遞函數(shù)（VTF）和噪聲傳遞函數(shù)（NTF））的分析中，總共有將近500條傳遞函數(shù)曲線需要對比和輸出，并且存在反復(fù)解析，反復(fù)輸出的問題，這些曲線對比圖均需要保存，附在解析報告之后，工作量非常之大，耗費很多工時。

1.2 傳遞函數(shù)評價依賴經(jīng)驗主觀性強

分析VTF/NTF對比曲線，準確和高效地從若干曲線中找出問題風(fēng)險點是一個重點，也是一個難點。對于該問題，現(xiàn)有的手段一般是依靠工程師的個人經(jīng)驗，其結(jié)果判斷準確度也多依賴個人的水平，主觀性太強，難以把握，對項目開發(fā)具有一定的風(fēng)險。那么，擁有一個可以客觀量化評價的工具顯得迫在眉睫。

1.3 需求分析

在當前NVH-CAE項目分析中，動剛度和傳遞函數(shù)的項目分析中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)（一般為*.pch文件）需要進行圖形顯示和大量數(shù)值計算，即：需要分別編寫相關(guān)的后處理程序，具體項目，如表1所示。另外，調(diào)查研究現(xiàn)在市場上的商業(yè)軟件，并沒有可以滿足自身需求的軟件，因此自主開發(fā)勢在必行。

表1 NVH-CAE項目分析中后處理程序需求項目一覽表

2 程序功能介紹

2.1 動剛度計算程序

2.1.1 動剛度值的計算原理

動剛度是物體抵御動態(tài)外力的能力，是一個和頻率有關(guān)的物理量，其公式描述如下：

式中：K——動剛度值，N/mm；

f——頻率，Hz；

y——原點加速度導(dǎo)納（IPI），dB。

動剛度曲線與頻率的橫軸包圍的面積同等效靜剛度成反比關(guān)系，包圍的面積越大，剛性越低，反之越大。實際應(yīng)用中，一般把IPI曲線等效成靜剛度值，方便比較和判定，具體等效原理，如圖1所示。當圖1a中左懸置X向動剛度IPI曲線與橫坐標圍成的面積與圖1b中直線與橫坐標圍成的面積相當，則計算圖1b中的直線靜剛度值，就能表示左懸置X向IPI在20～500 Hz的動剛度值。

圖1 左懸置X向動剛度曲線IPI等效原理圖

2.1.2 動剛度計算程序介紹

等效靜剛度的計算和曲線對比出圖可由程序自動完成。完成的程序界面，如圖2所示。首先，用戶可以按照實際使用需求，設(shè)置動剛度曲線的起始頻率、終止頻率及頻率步長，并進行預(yù)處理。打開需要處理的Excel源文件，分別進行等效靜剛度值的求解和等效曲線的出圖，動剛度值直接顯示在圖表上，完全自動化運行，計算完成的左懸置X向動剛度和曲線，如圖1b所示。

圖2 NVH-CAE項目分析動剛度計算程序顯示界面

2.2 傳遞函數(shù)后處理程序

傳遞函數(shù)后處理程序主要分為VTF和NTF后處理，這2個程序的功能相同，程序界面類似，操作方法也相同，現(xiàn)以NTF后處理程序為例，說明該類程序功能和特點。

NTF后處理程序顯示界面，如圖3所示。

圖3 噪聲傳遞函數(shù)（NTF）后處理程序顯示界面

在噪聲傳遞函數(shù)中，激勵點主要包括懸置安裝點、排氣吊耳安裝點、前后副車架安裝點及前后減振器安裝點等，響應(yīng)點主要是各激勵點的Inertance、主駕和右后排人耳處的聲壓響應(yīng)，這些點均由編號代替。對于不同的車型，各激勵點和安裝點稍有區(qū)別，為讓程序具有通用性，滿足所有車型的開發(fā)任務(wù)，程序中設(shè)置了簡單的數(shù)據(jù)庫，直接選擇該車型相對應(yīng)的激勵點和響應(yīng)點即可；考慮到數(shù)據(jù)庫可能不全，程序中也設(shè)置了手動輸入功能，保證了車型復(fù)雜的解析工況，具體的程序設(shè)計界面，如圖3a所示。

在程序的主界面（圖3b）中，可以根據(jù)具體的需求，選擇2條曲線或3條曲線的對比輸出，也可以根據(jù)需求，選擇是否自動生成傳遞函數(shù)目標曲線。此外，程序還可以對傳遞函數(shù)進一步進行分析，輔助判定風(fēng)險頻率，并設(shè)置了多種結(jié)果導(dǎo)出快捷鍵。下面分別說明該程序的輸出功能特點。

2.2.1 傳遞函數(shù)對比圖輸出

NTF的對比圖輸出主要有：1）試驗和仿真的傳遞函數(shù)對比；2）標桿車、新車及自動生成目標線；3）標桿車試驗、標桿車仿真及新車傳遞函數(shù)對比；4）標桿車、新車和新車對策案以及自動生成目標線。這4種對比圖輸出需求，在程序中均可自動設(shè)置。程序依據(jù)標桿車車體傳遞函數(shù)為基準，用1/3倍頻程，自動劃分目標曲線。研發(fā)人員可以根據(jù)具體的傳遞函數(shù)特點，調(diào)節(jié)該目標值，并及時在對比圖中體現(xiàn)。經(jīng)過測試，程序高效運行，約300個對比圖輸出，只需要運行約10 s。圖4示出NTF后處理程序出圖式樣。

圖4 噪聲傳遞函數(shù)（NTF）后處理程序出圖式樣

2.2.2 輸出傳遞函數(shù)評價詳情

程序還可以進一步對整體傳遞函數(shù)進行分析，輔助工程師了解整體傳遞函數(shù)評價的概況，并且寫入到Excel表格中。圖5示出輸出的傳遞函數(shù)評價詳情大概形式。最左邊一列代表傳遞函數(shù)名稱，綠色顏色代表傳遞函數(shù)在該頻率段判定OK，紅色則提示工程師該條傳遞函數(shù)NG（NOTGOOD）的頻率值和NG的超出目標線幅值大小。

圖5 噪聲傳遞函數(shù)（NTF）曲線評價輸出式樣

2.2.3 輔助判定風(fēng)險頻率

程序會自動統(tǒng)計NG的頻率值和在該頻率值下NG的傳遞函數(shù)個數(shù)，非常直觀的輸出為直方圖形式。圖6示出NTF后處理程序風(fēng)險頻率統(tǒng)計，橫坐標表示NG傳遞函數(shù)峰值所對應(yīng)的頻率，縱坐標表示在該頻率下NG的傳遞函數(shù)個數(shù)。該直方圖量化了風(fēng)險頻率的傳遞函數(shù)NG條數(shù)，工程師可以直接提取車體有風(fēng)險的頻率值。

圖6 噪聲傳遞函數(shù)（NTF）后處理程序風(fēng)險頻率統(tǒng)計

3 結(jié)論

文章基于VB編程語言，完成了整套的NVH-CAE的后處理程序，即：動剛度計算程序、VTF/NTF后處理程序。該后處理程序已經(jīng)在實際項目中應(yīng)用，使用結(jié)果表明：可以節(jié)省大量的工時，使分析結(jié)果后處理流程自動化；相比商業(yè)軟件的后處理二次開發(fā)程序，本程序可自動劃分傳遞函數(shù)目標、呈現(xiàn)傳遞函數(shù)評價詳情及量化傳遞函數(shù)評價指標，達到輔助判定風(fēng)險頻率的作用，可作為后處理程序開發(fā)工作的一個參考。