沈輝 彭鴻 唐輝 管迪

摘 要：文章使用python/VBS腳本語言開發(fā)了一套完整的汽車NVH仿真后處理流程自動化系統(tǒng)，彌補了商業(yè)軟件的不足。此系統(tǒng)集成Meta和Office軟件，實現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)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(yōu);仿真結果自動寫入性能管控數(shù)據(jù)庫，有利于企業(yè)知識的積累;通過統(tǒng)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(fā)中發(fā)揮越來越重要的角色[1-3]。經(jīng)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(shù)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(yè)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(fā)接口，使得CAE工程師能夠根據(jù)自身需求開發(fā)定制化的自動化流程[6-7]。Python是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，具有語法簡潔、豐富的第三方庫等優(yōu)點[8]。

本文使用python和VBS語言開發(fā)了一套NVH仿真后處理的流程自動化系統(tǒng)。此系統(tǒng)集成Meta和Office軟件，通用性強，實現(xiàn)了后處理流程100%自動化。此工具可快速實現(xiàn)動剛度和傳遞函數(shù)分析的后處理數(shù)據(jù)提取、自動生成報告、多結果的橫縱向?qū)思白詣由尚阅芄芸乇怼?/p>

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(qū)別在于考察的接附點數(shù)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(fā)動機懸置安裝點，懸架系統(tǒng)安裝點，減震器安裝點，副車架安裝點，排氣系統(tǒng)安裝點，傳動系統(tǒng)安裝點，冷卻系統(tǒng)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(shù)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(yōu)化。傳統(tǒng)的后處理流程是通過商業(yè)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(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理以及提取數(shù)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(fā)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(fā)

2.1 動剛度及1/3倍頻程理論

車身接附點動剛度是車內(nèi)怠速噪聲和路面噪聲的重要影響因數(shù)[9]，它不是一個常數(shù)，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(zhuǎn)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(nèi)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(shù)。

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(shù)，也為工程師全面認識聲源產(chǎn)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(fā)思路

如圖2所示，首先在Meta軟件中執(zhí)行python程序，自動讀取結果文件、處理轉(zhuǎn)換曲線、提取數(shù)值結果并輸出曲線圖片等。然后通過VBS程序?qū)⑶€數(shù)據(jù)、圖片等編制成分析報告并寫入性能管控數(shù)據(jù)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(jù)需要選擇結果文件的數(shù)量，程序?qū)Y果文件數(shù)量沒限制，極大地方便用戶進行結果橫向或縱向比較。

參數(shù)設置分為三部分：第一部分為普通參數(shù)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(shù)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(shù)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(chuàng)建1/3倍頻程曲線并提取各頻段的等效動剛度，此外根據(jù)用戶需要可自動創(chuàng)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(fā)

3.1 程序開發(fā)思路

傳遞函數(shù)包括噪聲傳遞函數(shù)（NTF）和振動傳遞函數(shù)（VTF），這兩種分析基本一致，區(qū)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(fā)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(jù)實際需求設置結果文件數(shù)量。當結果文件數(shù)量大于1時，程序?qū)⒛J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(shù)設置接口。

1）設置是否生成分析報告及分析報告內(nèi)容;

2）設置參考目標值;

3）根據(jù)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(xiàn)。同時實現(xiàn)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(chuàng)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(tǒng)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(chuàng)建性能管控表，標識結果狀態(tài)。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(fā)接口，使用python和VBS語言開發(fā)了一套完整的NVH-CAE分析后處理自動化流程，彌補了商業(yè)軟件的不足。此工具已在吉利所有研發(fā)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(yōu)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(yōu)。分析報告中增加了數(shù)值統(tǒng)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(shù)據(jù)自動匯總到性能管控數(shù)據(jù)表，有利于知識的積累。

參考文獻

[1] 王得剛，李朝峰，姚紅良，等.基于車身有限元分析的汽車NVH研究[J].機械與電子，2008（9）：3-6.

[2] 郝耀東.基于懸架系統(tǒng)的汽車NVH性能研究[D].長沙：湖南大學，2013.

[3] 徐勁例，潘青姑，陳瑞瀅.基于汽車NVH提升的傳動軸優(yōu)化仿真分析與實驗驗證[J].汽車工程，2018， 40（12）：1467-1474.

[4] 蘭斌旋，常光寶，李書陽，等.基于C#.NET的NVH動剛度及傳函分析后處理效率提升研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2017（2）：100-104.

[5] 朱淑強，徐曉羽，郝麗娜.基于VB語言的NVH-CAE后處理程序的開發(fā)與應用[J].汽車工程車，2016（12）：22-24.

[6] 李渤，陳昌明，許佰寧.基于ANSA和META的行人頭型碰撞仿真分析自動化[J].佳木斯大學學報，2012， 30（5）：657-660.

[7] 王國鋒，彭鴻，丁智，等.ANSA二次開發(fā)技術在白車身連接中的應用[C].第十四屆中國CAE分析工程分析技術年會論文集.2018： 206-208.

[8] 司維，曾軍崴，譚穎華.Python基礎編程[M].北京：人民郵電出版社， 2014.

[9] 廖抒華，劉利，李春楠，等.車身關鍵接附點動剛度分析與改進[J].公路與汽運，2013（05）：11-14.

[10] 周安勇，侯蕾，劉旌揚.白車身接附點動剛度優(yōu)化設計[J]. 汽車技術，2013（06）：16-19.

[11] 黃晶晶 ，雷勇.基于VC++的1/3倍頻程設計與實現(xiàn)[J]，電子測量技術，2006，29（6）：135-143.

[12] 李耀中.噪聲控制技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004.