基于VB语言的NVH-CAE后处理程序的开发与应用

朱淑强 徐晓羽 郝丽娜

（1.东风日产乘用车公司；2.南京工业大学；3.东北大学）

汽车的振动和噪声问题，即为NVH问题。随着计算机技术的发展，CAE已经成熟的运用在汽车NVH的研发中[1]。在汽车开发的前期，对模态、车身接附点刚性、车体振动及噪声灵敏度进行CAE分析和评价，会产生大量的结果文件，通常可以使用通用的商业软件进行后处理。但由于各大主机厂自身分析项目、需求和侧重点不一样，商业后处理软件也不能完全满足自身需求，在商业软件的基础上进行二次开发已经成为一种趋势，各公司和研究机构也做了大量的工作[2-5]。这些二次开发工作可以解决一部分实际问题，但由于是基于商业软件做的，一部分有需求的后处理功能并不能实现。摆脱二次开发的束缚，开发一套满足需求的NVH-CAE后处理程序则显得尤为重要。文章基于VB编程语言，编写了一套NVH-CAE后处理程序。由于脱离了商业软件的应用环境，程序功能多样，使用灵活，满足了项目自身的研发要求。

1 NVH-CAE后处理现状分析

1.1 数据量大处理繁琐

NVH-CAE要处理的结果数据较大。在动刚度分析中，往往涉及到40～50个激励点的等效刚度计算，每个点又可能有3个方向，也就是说一共要计算120～150条IPI（原点加速度导纳）曲线的动刚度。采用套用公式手动计算方法，工作量大，操作重复，枯燥繁琐，极易出错；在传递函数（包括振动传递函数（VTF）和噪声传递函数（NTF））的分析中，总共有将近500条传递函数曲线需要对比和输出，并且存在反复解析，反复输出的问题，这些曲线对比图均需要保存，附在解析报告之后，工作量非常之大，耗费很多工时。

1.2 传递函数评价依赖经验主观性强

分析VTF/NTF对比曲线，准确和高效地从若干曲线中找出问题风险点是一个重点，也是一个难点。对于该问题，现有的手段一般是依靠工程师的个人经验，其结果判断准确度也多依赖个人的水平，主观性太强，难以把握，对项目开发具有一定的风险。那么，拥有一个可以客观量化评价的工具显得迫在眉睫。

1.3 需求分析

在当前NVH-CAE项目分析中，动刚度和传递函数的项目分析中会产生大量的数据（一般为*.pch文件）需要进行图形显示和大量数值计算，即：需要分别编写相关的后处理程序，具体项目，如表1所示。另外，调查研究现在市场上的商业软件，并没有可以满足自身需求的软件，因此自主开发势在必行。

表1 NVH-CAE项目分析中后处理程序需求项目一览表

2 程序功能介绍

2.1 动刚度计算程序

2.1.1 动刚度值的计算原理

动刚度是物体抵御动态外力的能力，是一个和频率有关的物理量，其公式描述如下：

式中：K——动刚度值，N/mm；

f——频率，Hz；

y——原点加速度导纳（IPI），dB。

动刚度曲线与频率的横轴包围的面积同等效静刚度成反比关系，包围的面积越大，刚性越低，反之越大。实际应用中，一般把IPI曲线等效成静刚度值，方便比较和判定，具体等效原理，如图1所示。当图1a中左悬置X向动刚度IPI曲线与横坐标围成的面积与图1b中直线与横坐标围成的面积相当，则计算图1b中的直线静刚度值，就能表示左悬置X向IPI在20～500 Hz的动刚度值。

图1 左悬置X向动刚度曲线IPI等效原理图

2.1.2 动刚度计算程序介绍

等效静刚度的计算和曲线对比出图可由程序自动完成。完成的程序界面，如图2所示。首先，用户可以按照实际使用需求，设置动刚度曲线的起始频率、终止频率及频率步长，并进行预处理。打开需要处理的Excel源文件，分别进行等效静刚度值的求解和等效曲线的出图，动刚度值直接显示在图表上，完全自动化运行，计算完成的左悬置X向动刚度和曲线，如图1b所示。

图2 NVH-CAE项目分析动刚度计算程序显示界面

2.2 传递函数后处理程序

传递函数后处理程序主要分为VTF和NTF后处理，这2个程序的功能相同，程序界面类似，操作方法也相同，现以NTF后处理程序为例，说明该类程序功能和特点。

NTF后处理程序显示界面，如图3所示。

图3 噪声传递函数（NTF）后处理程序显示界面

在噪声传递函数中，激励点主要包括悬置安装点、排气吊耳安装点、前后副车架安装点及前后减振器安装点等，响应点主要是各激励点的Inertance、主驾和右后排人耳处的声压响应，这些点均由编号代替。对于不同的车型，各激励点和安装点稍有区别，为让程序具有通用性，满足所有车型的开发任务，程序中设置了简单的数据库，直接选择该车型相对应的激励点和响应点即可；考虑到数据库可能不全，程序中也设置了手动输入功能，保证了车型复杂的解析工况，具体的程序设计界面，如图3a所示。

在程序的主界面（图3b）中，可以根据具体的需求，选择2条曲线或3条曲线的对比输出，也可以根据需求，选择是否自动生成传递函数目标曲线。此外，程序还可以对传递函数进一步进行分析，辅助判定风险频率，并设置了多种结果导出快捷键。下面分别说明该程序的输出功能特点。

2.2.1 传递函数对比图输出

NTF的对比图输出主要有：1）试验和仿真的传递函数对比；2）标杆车、新车及自动生成目标线；3）标杆车试验、标杆车仿真及新车传递函数对比；4）标杆车、新车和新车对策案以及自动生成目标线。这4种对比图输出需求，在程序中均可自动设置。程序依据标杆车车体传递函数为基准，用1/3倍频程，自动划分目标曲线。研发人员可以根据具体的传递函数特点，调节该目标值，并及时在对比图中体现。经过测试，程序高效运行，约300个对比图输出，只需要运行约10 s。图4示出NTF后处理程序出图式样。

图4 噪声传递函数（NTF）后处理程序出图式样

2.2.2 输出传递函数评价详情

程序还可以进一步对整体传递函数进行分析，辅助工程师了解整体传递函数评价的概况，并且写入到Excel表格中。图5示出输出的传递函数评价详情大概形式。最左边一列代表传递函数名称，绿色颜色代表传递函数在该频率段判定OK，红色则提示工程师该条传递函数NG（NOTGOOD）的频率值和NG的超出目标线幅值大小。

图5 噪声传递函数（NTF）曲线评价输出式样

2.2.3 辅助判定风险频率

程序会自动统计NG的频率值和在该频率值下NG的传递函数个数，非常直观的输出为直方图形式。图6示出NTF后处理程序风险频率统计，横坐标表示NG传递函数峰值所对应的频率，纵坐标表示在该频率下NG的传递函数个数。该直方图量化了风险频率的传递函数NG条数，工程师可以直接提取车体有风险的频率值。

图6 噪声传递函数（NTF）后处理程序风险频率统计

3 结论

文章基于VB编程语言，完成了整套的NVH-CAE的后处理程序，即：动刚度计算程序、VTF/NTF后处理程序。该后处理程序已经在实际项目中应用，使用结果表明：可以节省大量的工时，使分析结果后处理流程自动化；相比商业软件的后处理二次开发程序，本程序可自动划分传递函数目标、呈现传递函数评价详情及量化传递函数评价指标，达到辅助判定风险频率的作用，可作为后处理程序开发工作的一个参考。