基于AVL EXCITE Timing Drive的发动机配气正时分析前处理自动化开发

余 伟 余 彪 曹江怀

（奇瑞汽车股份有限公司动力总成技术中心性能分析部，安徽芜湖241009）

0 引言

在CAE分析软件被广泛应用于汽车研发并发挥出显著作用的同时，前处理时间在分析周期中占比过大的问题也突显出来。很多分析的前处理时间占比往往超过一半，导致分析工程师没有充足的时间去进行数据分析与方案优化。这种情况在一维分析中尤为明显，比如热管理分析与配气正时分析中模型搭建与数据输入的工作量是巨大的，中间还包含大量重复工作。针对这种状况，本文基于AVL EXCITE Timing Drive软件对配气正时系统进行了自动化二次开发，尝试通过自动化一键完成前处理，从而大幅缩短分析周期。

1 配气正时常规分析流程与自动化流程的比较[1]

AVL EXCITE Timing Drive是汽车领域应用非常广泛的发动机配气正时运动学与动力学分析软件，应用该软件进行计算的过程如图1所示，包括收集输入参数、建立单元模型、添加模型参数与设置边界条件、计算求解以及结果分析等步骤。

图1 配气正时常规仿真分析流程

可以看到，流程中前三步操作如通过人工完成，将耗费大量的时间，而且由于输入数据量很大，数据输入的正确性也难以得到有效控制，因为逐级点开多层菜单去检查无异于重新搭建一次分析模型。

图2是配气正时自动化仿真分析流程。首先，将分析需要输入的数据全部收集在“标准数据模板文件”中，该模板文件具有良好的可视化与便于检查的特点，在完成数据收集后，可非常快捷地进行数据检查。其次，通过编写的“脚本插件程序”一键完成模型搭建、数据输入、提交计算步骤。

图2 配气正时自动化仿真分析流程

2 AWS的Python脚本编程及API函数

目前，AWS支持Python脚本[2]功能并开放了大量的API函数提供给用户用于Python脚本编程，这些API函数基本涵盖了AWS各个软件常用功能，包括前处理、仿真运行、后处理及图形界面功能。

用户将一项常规的分析任务梳理成流程化和标准化的分析流程后，即可将该分析任务的分析流程通过Python语言调用API函数编程为一个完整的脚本插件。同类型的分析任务，只需在修改输入参数模板后，在AWS软件中调用相应的脚本插件，即可完成整个分析流程，从前处理一直到最终分析报告的生成都可以让电脑自动完成。

API函数按照功能封装在三个模块中：WS模块、PP2Interface模块及aws_dialog模块，即前处理、仿真运行模块，后处理模块和图形界面模块。

AWS中一维模型是最基本的层级结构，模型中每个单元的属性都封装在WSClass类或其子类中，通过调用类函数即可对单元属性进行赋值或更改。

3 AVL EXCITE Timing Drive中Python脚本插件开发案例

配气正时系统的通用动力学仿真分析按流程可依次分为模型搭建、参数设置、边界添加、计算设置及后处理[3]，本节以模型搭建及参数设置为例，介绍Tycon软件中Python脚本的开发案例——标准化参数输入模板和Python脚本的使用。

完整的标准化输入参数模板包括进排气相位、阀系及正时模板，进排气凸轮轴模板以及型线、缸压、机油压力参数模板。在Tycon软件菜单中，一键调用AutoTycon_fingerfollow脚本插件，即可搭建好整个配气正时动力学模型，并根据标准化输入参数模板中填写的参数设置好整个动力学模型的参数，至此，配气正时系统的通用动力学仿真分析标准流程中的模型搭建、参数设置已经完成。另外，边界添加、计算设置及后处理也可以通过Python开发脚本插件的形式，进行Tycon软件的二次开发，从而实现整个分析流程的自动化和标准化。

4 基于AVL EXCITE Timing Drive的配气正时系统自动化分析效果

表1中给出了配气正时分析是否采用自动化方法的分析时间对比，可以看到采用自动化方法后分析周期得到显著缩短。自动化方法应用的另外一个重要意义是对仿真分析人员的要求大大降低，对于常规校核分析，完全可由经验较少的仿真工程师完成，经验丰富的工程师只需要参与输入数据检查与结果分析即可，从而能够将主要精力投入到重要问题解决与方案优化中。

表1 自动化应用前后配气正时系统分析项目优化时间对比

5 结语

AVL软件提供了强大的二次开发平台，本文通过一个发动机配气正时分析自动化二次开发的例子充分展示了二次开发在缩短分析周期、提高分析效率上的强大作用。目前CAE的发展趋势是更加集成化，多平台、多学科、多系统的耦合分析日益增多，这将使得分析需要的数据量成倍增加，其中重复数据、重复工作的比例很大，分析工程师的时间被大量浪费。另一方面，不同厂家都有自己特有的分析流程与分析数据库，软件厂商是无法在自动化开发上兼顾到所有厂家要求的。基于这种情况，厂家基于AVL软件提供的二次开发接口编写符合自己需求的自动化程序是非常可行的，值得大力推广。