基于VB語(yǔ)言的NVH-CAE后處理程序的開發(fā)與應(yīng)用

朱淑強(qiáng) 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(dòng)和噪聲問題，即為NVH問題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAE已經(jīng)成熟的運(yùn)用在汽車NVH的研發(fā)中[1]。在汽車開發(fā)的前期，對(duì)模態(tài)、車身接附點(diǎn)剛性、車體振動(dòng)及噪聲靈敏度進(jìn)行CAE分析和評(píng)價(jià)，會(huì)產(chǎn)生大量的結(jié)果文件，通?？梢允褂猛ㄓ玫纳虡I(yè)軟件進(jìn)行后處理。但由于各大主機(jī)廠自身分析項(xiàng)目、需求和側(cè)重點(diǎn)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(jìn)行二次開發(fā)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，各公司和研究機(jī)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(shí)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(shí)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(yǔ)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(xiàng)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(dòng)剛度分析中，往往涉及到40～50個(gè)激勵(lì)點(diǎn)的等效剛度計(jì)算，每個(gè)點(diǎn)又可能有3個(gè)方向，也就是說一共要計(jì)算120～150條IPI（原點(diǎn)加速度導(dǎo)納）曲線的動(dòng)剛度。采用套用公式手動(dòng)計(jì)算方法，工作量大，操作重復(fù)，枯燥繁瑣，極易出錯(cuò)；在傳遞函數(shù)（包括振動(dòng)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(duì)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(duì)比圖均需要保存，附在解析報(bào)告之后，工作量非常之大，耗費(fèi)很多工時(shí)。

1.2 傳遞函數(shù)評(píng)價(jià)依賴經(jīng)驗(yàn)主觀性強(qiáng)

分析VTF/NTF對(duì)比曲線，準(zhǔn)確和高效地從若干曲線中找出問題風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)是一個(gè)重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)。對(duì)于該問題，現(xiàn)有的手段一般是依靠工程師的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，其結(jié)果判斷準(zhǔn)確度也多依賴個(gè)人的水平，主觀性太強(qiáng)，難以把握，對(duì)項(xiàng)目開發(fā)具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。那么，擁有一個(gè)可以客觀量化評(píng)價(jià)的工具顯得迫在眉睫。

1.3 需求分析

在當(dāng)前NVH-CAE項(xiàng)目分析中，動(dòng)剛度和傳遞函數(shù)的項(xiàng)目分析中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)（一般為*.pch文件）需要進(jìn)行圖形顯示和大量數(shù)值計(jì)算，即：需要分別編寫相關(guān)的后處理程序，具體項(xiàng)目，如表1所示。另外，調(diào)查研究現(xiàn)在市場(chǎng)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(shì)在必行。

表1 NVH-CAE項(xiàng)目分析中后處理程序需求項(xiàng)目一覽表

2 程序功能介紹

2.1 動(dòng)剛度計(jì)算程序

2.1.1 動(dòng)剛度值的計(jì)算原理

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

式中：K——?jiǎng)觿偠戎?，N/mm；

f——頻率，Hz；

y——原點(diǎn)加速度導(dǎo)納（IPI），dB。

動(dòng)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(shí)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(dāng)圖1a中左懸置X向動(dòng)剛度IPI曲線與橫坐標(biāo)圍成的面積與圖1b中直線與橫坐標(biāo)圍成的面積相當(dāng)，則計(jì)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(dòng)剛度值。

圖1 左懸置X向動(dòng)剛度曲線IPI等效原理圖

2.1.2 動(dòng)剛度計(jì)算程序介紹

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

圖2 NVH-CAE項(xiàng)目分析動(dòng)剛度計(jì)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(gè)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?yàn)槔?，說明該類程序功能和特點(diǎn)。

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(lì)點(diǎn)主要包括懸置安裝點(diǎn)、排氣吊耳安裝點(diǎn)、前后副車架安裝點(diǎn)及前后減振器安裝點(diǎn)等，響應(yīng)點(diǎn)主要是各激勵(lì)點(diǎn)的Inertance、主駕和右后排人耳處的聲壓響應(yīng)，這些點(diǎn)均由編號(hào)代替。對(duì)于不同的車型，各激勵(lì)點(diǎn)和安裝點(diǎn)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(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫(kù)，直接選擇該車型相對(duì)應(yīng)的激勵(lì)點(diǎn)和響應(yīng)點(diǎn)即可；考慮到數(shù)據(jù)庫(kù)可能不全，程序中也設(shè)置了手動(dòng)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(jì)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(duì)比輸出，也可以根據(jù)需求，選擇是否自動(dòng)生成傳遞函數(shù)目標(biāo)曲線。此外，程序還可以對(duì)傳遞函數(shù)進(jìn)一步進(jìn)行分析，輔助判定風(fēng)險(xiǎn)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(diǎn)。

2.2.1 傳遞函數(shù)對(duì)比圖輸出

NTF的對(duì)比圖輸出主要有：1）試驗(yàn)和仿真的傳遞函數(shù)對(duì)比；2）標(biāo)桿車、新車及自動(dòng)生成目標(biāo)線；3）標(biāo)桿車試驗(yàn)、標(biāo)桿車仿真及新車傳遞函數(shù)對(duì)比；4）標(biāo)桿車、新車和新車對(duì)策案以及自動(dòng)生成目標(biāo)線。這4種對(duì)比圖輸出需求，在程序中均可自動(dòng)設(shè)置。程序依據(jù)標(biāo)桿車車體傳遞函數(shù)為基準(zhǔn)，用1/3倍頻程，自動(dòng)劃分目標(biāo)曲線。研發(fā)人員可以根據(jù)具體的傳遞函數(shù)特點(diǎn)，調(diào)節(jié)該目標(biāo)值，并及時(shí)在對(duì)比圖中體現(xiàn)。經(jīng)過測(cè)試，程序高效運(yùn)行，約300個(gè)對(duì)比圖輸出，只需要運(yùn)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(píng)價(jià)詳情

程序還可以進(jìn)一步對(duì)整體傳遞函數(shù)進(jìn)行分析，輔助工程師了解整體傳遞函數(shù)評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(biāo)線幅值大小。

圖5 噪聲傳遞函數(shù)（NTF）曲線評(píng)價(jià)輸出式樣

2.2.3 輔助判定風(fēng)險(xiǎn)頻率

程序會(huì)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)NG的頻率值和在該頻率值下NG的傳遞函數(shù)個(gè)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(xiǎn)頻率統(tǒng)計(jì)，橫坐標(biāo)表示NG傳遞函數(shù)峰值所對(duì)應(yīng)的頻率，縱坐標(biāo)表示在該頻率下NG的傳遞函數(shù)個(gè)數(shù)。該直方圖量化了風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)的頻率值。

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

3 結(jié)論

文章基于VB編程語(yǔ)言，完成了整套的NVH-CAE的后處理程序，即：動(dòng)剛度計(jì)算程序、VTF/NTF后處理程序。該后處理程序已經(jīng)在實(shí)際項(xiàng)目中應(yīng)用，使用結(jié)果表明：可以節(jié)省大量的工時(shí)，使分析結(jié)果后處理流程自動(dòng)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(dòng)劃分傳遞函數(shù)目標(biāo)、呈現(xiàn)傳遞函數(shù)評(píng)價(jià)詳情及量化傳遞函數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)，達(dá)到輔助判定風(fēng)險(xiǎn)頻率的作用，可作為后處理程序開發(fā)工作的一個(gè)參考。