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。
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。
分析VTF/NTF對比曲線,準(zhǔn)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(zhǔn)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。
在當(dāng)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
2.1.1 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(dāng)圖1a中左懸置X向動剛度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
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(biāo)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(biāo)桿車、新車及自動生成目標(biāo)線;3)標(biāo)桿車試驗、標(biāo)桿車仿真及新車傳遞函數(shù)對比;4)標(biāo)桿車、新車和新車對策案以及自動生成目標(biāo)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(biāo)桿車車體傳遞函數(shù)為基準(zhǔn),用1/3倍頻程,自動劃分目標(biāo)曲線。研發(fā)人員可以根據(jù)具體的傳遞函數(shù)特點,調(diào)節(jié)該目標(biāo)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(biāo)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(biāo)表示NG傳遞函數(shù)峰值所對應(yīng)的頻率,縱坐標(biāo)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
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(biāo)、呈現(xiàn)傳遞函數(shù)評價詳情及量化傳遞函數(shù)評價指標(biāo),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。