NVH仿真后處理流程自動化系統開發及應用

沈輝 彭鴻 唐輝 管迪

摘 要：文章使用python/VBS腳本語言開發了一套完整的汽車NVH仿真后處理流程自動化系統，彌補了商業軟件的不足。此系統集成Meta和Office軟件，實現了動剛度、NTF和VTF分析的自動后處理和自動生成報告。此系統的應用將以往一到兩天的工作量縮減到十幾分鐘，顯著縮短了分析周期。自動化系統功能還包括：提供多方案對比功能，方便NVH分析工程師進行方案評優;仿真結果自動寫入性能管控數據庫，有利于企業知識的積累;通過統計圖表分析響應點的噪聲分布，快速識別風險點。

關鍵詞：NVH仿真;后處理;動剛度;傳函分析;流程自動化

Abstract： An automatic post-process system for NVH simulation is developed by using the python/VBS programming language. The tool integrates Meta and Office software and it makes up the weakness of commercial software. The tool makes the batch post for dynamic stiffness and transform function analysis realized. The application of the tool reduces the workload from one or two days to less than twenty minutes， remarkably shortens the simulation cycle. The automation tool also includes functions as follows： provides multi result comparison function， which is convenient for NVH engineers to evaluate the scheme quickly; automatically writes the simulation results into the performance control database， which is conducive to the accumulation of knowledge; analyzes the noise distribution of response points through statistical charts， which can helps engineers to identify risk quickly.

Keywords： NVH simulation; Post-process; Dynamic stiffness; Transform function analysis; Process automation

前言

當前汽車的NVH性能越來越受重視，而CAE仿真技術在整車NVH開發中發揮越來越重要的角色[1-3]。經驗表明，與其它學科CAE分析相比，NVH的后處理工作量往往要大很多，尤其是動剛度和傳遞函數分析[4]。因此，提高NVH分析后處理效率一直是很多主機廠和研究機構的研究課題[4-5]。

近些年隨著ANSA在汽車、航天航空、電子等工業領域的應用越來越廣泛，與之配套的Meta也越來越受人重視。ANSA和META軟件作為一個高度開放的CAE平臺，提供了基于Python語言的二次開發接口，使得CAE工程師能夠根據自身需求開發定制化的自動化流程[6-7]。Python是一種面向對象的編程語言，具有語法簡潔、豐富的第三方庫等優點[8]。

本文使用python和VBS語言開發了一套NVH仿真后處理的流程自動化系統。此系統集成Meta和Office軟件，通用性強，實現了后處理流程100%自動化。此工具可快速實現動剛度和傳遞函數分析的后處理數據提取、自動生成報告、多結果的橫縱向對標及自動生成性能管控表。

1 NVH-CAE后處理需求分析

動剛度、NTF、VTF是NVH分析工作的重要組成部分，三者的共同點都是在車身接附點分別施加X、Y、Z三個方向的載荷，然后考察響應點的響應，區別在于考察的接附點數量、響應點位置和響應方式不一樣。

車身關鍵接附點主要有發動機懸置安裝點，懸架系統安裝點，減震器安裝點，副車架安裝點，排氣系統安裝點，傳動系統安裝點，冷卻系統安裝點等。圖1列舉了部分車身接附點。

動剛度、NTF和VTF后處理的曲線處理數量如表1所示，從表中可看出后處理的巨大工作量。動剛度和傳函分析的目的，就是要從這幾百條的結果曲線中識別風險點，并進行優化。傳統的后處理流程是通過商業軟件導入計算結果，然后通過人工操作，逐條生成曲線、曲線轉換、數據處理以及提取數值，這些工作通常需要花費工程師近一天的時間。此外NVH分析報告編制還需耗費大半天的時間。總而言之NVH的后處理是極其繁瑣耗時的工作，后處理效率很大程度上決定NVH分析周期。

動剛度和傳函分析的后處理是對大量曲線的重復性操作，為提高后處理效率，縮短分析周期，開發自動化后處理程序勢在必行。

2 動剛度后處理流程自動化開發

2.1 動剛度及1/3倍頻程理論

車身接附點動剛度是車內怠速噪聲和路面噪聲的重要影響因數[9]，它不是一個常數，而是隨著頻率變化而改變的。動剛度分析的輸入為源點單位力，輸出為源點加速度響應，源點加速度曲線即為IPI曲線。IPI的計算公式如下[10]：

式中：F為載荷，Kd為動剛度，ω為圓頻率，f為頻率，x為位移。接附點在頻率fi處的動剛度為：

由公式（1）進一步轉化可以得到源點加速度導納曲線，即動剛度曲線。在工程實際中，為方便與目標值進行對比，往往將動剛度曲線等效為關注頻率范圍內的一個具體值，即等效動剛度。等效動剛度的計算公式為：

其中，IPI （f）為對應頻率的源點加速度值，n為頻率個數。

在聲學性能測量中，采用1/3倍頻程頻譜分析能詳細地反映出噪聲源的頻譜特性及噪聲帶寬的能量分布情況，能夠為噪聲控制提供參數，也為工程師全面認識聲源產生機理和提出合適的降噪對策提供了非常大幫助[11]，因此在噪聲分析過程中1/3倍頻程的分析顯得尤為重要[12]。

1/3倍頻程帶寬的計算方法如下：

其中fu為頻帶上限頻率，fd為頻帶下限頻率，fm頻帶中心頻率，B為1/3倍頻程帶寬。

2.2 程序開發思路

如圖2所示，首先在Meta軟件中執行python程序，自動讀取結果文件、處理轉換曲線、提取數值結果并輸出曲線圖片等。然后通過VBS程序將曲線數據、圖片等編制成分析報告并寫入性能管控數據庫。

圖3為python程序在Meta軟件中處理計算結果的具體流程圖。

2.3 程序界面說明

動剛度后處理界面如圖4所示。用戶可以根據需要選擇結果文件的數量，程序對結果文件數量沒限制，極大地方便用戶進行結果橫向或縱向比較。

參數設置分為三部分：第一部分為普通參數設置（如是否生成PPT報告、設置目標值等），用戶可在此頁面靈活設置激勵點ID，提高了程序適用性;第二部分為坐標軸參數設置，包括曲線頻率范圍及步長設置;第三部分為1/3倍頻程參數設置，通過設置起始頻率，程序自動計算并顯示各頻段中心頻率。

2.4 程序運行效果

程序運行效果如圖5所示，自動生成動剛度曲線，標示最小動剛度和對應頻率，同時創建1/3倍頻程曲線并提取各頻段的等效動剛度，此外根據用戶需要可自動創建目標值曲線。

計算結果在Meta中處理完后自動生成PPT報告和性能管控表，方便知識積累。圖6是自動生成的性能管控表，表中匯總了所有結果所有激勵點的動剛度最小值及對應頻率。

3 NTF&VTF后處理流程自動化開發

3.1 程序開發思路

傳遞函數包括噪聲傳遞函數（NTF）和振動傳遞函數（VTF），這兩種分析基本一致，區別在于考察的響應點位置不一樣。因此下文以NTF的后處理自動化為例進行說明。程序架構與動剛度一致，程序開發流程如圖7所示。

3.2 程序界面說明

圖8為NTF自動后處理的界面。與動剛度后處理類似，程序首先為用戶提供了計算結果設置對話框，用戶可以根據實際需求設置結果文件數量。當結果文件數量大于1時，程序將默認以base結果為考察對象并與其它計算結果進行對比。

為滿足用戶不同需求，提高插件的交互性，程序提供了豐富的參數設置接口。

1）設置是否生成分析報告及分析報告內容;

2）設置參考目標值;

3）根據位置進行激勵點歸類，方便結果匯總透視;

4）坐標軸設置，頻率范圍和步長設置等。

3.3 程序運行效果

后處理過程完全由程序100%自動實現。同時實現如下功能：

1）自動生成NTF曲線對比圖，如圖9所示。圖中自動標識曲線的噪聲值及對應頻率，并創建目標值曲線。

2）自動生成響應點的基因突變瀑布圖，如圖10所示，通過瀑布圖可快速識別風險點及對應頻率范圍。

3）自動生成PPT報告，統計、匯總各響應點的噪聲分布結果。圖11（a）對應的是駕駛員在激勵點（ID=104）不同方向激勵下的噪聲分布。圖11（b）匯總得到右后排乘客在所有激勵下的噪聲分布情況。

4）自動創建性能管控表，標識結果狀態。管控表中匯總了響應點在不同激勵點不同方向的噪聲值及對應頻率，并且自動完成與目標值的對比。

4 結論

本文基于META軟件的二次開發接口，使用python和VBS語言開發了一套完整的NVH-CAE分析后處理自動化流程，彌補了商業軟件的不足。此工具已在吉利所有研發項目的NVH分析工作中運用。

后處理流程自動化工具的應用，使得工程師能夠在不到二十分鐘即可完成以往一到兩天的工作量，大幅降低了分析工程師的工作負荷，讓工程師有更多的時間投入到優化工作中。程序提供了多結果對比功能，讓工程師能夠快速進行方案評優。分析報告中增加了數值統計、圖表透視功能，運用視覺化手段讓工程師對噪聲結果分布一目了然，從而快速識別風險點。同時結果數據自動匯總到性能管控數據表，有利于知識的積累。

參考文獻

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