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NVH-CAE传递函数(VTF/NTF)后处理与程序实现

2019-07-12 00:47:09·  来源:误入CAE的程序员  作者:朱淑强  
 
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1.TrimBody传涵评价背景知识Noise、Vibration和Harshness简称为NVH,车辆的振动和噪声问题,即为NVH问题。在车辆开发的前期,采用CAE的方法进行车辆性能的虚拟评
1.TrimBody传涵评价背景知识

Noise 、 Vibration 和 Harshness 简称为 NVH ,车辆的振动和噪声问题,即为 NVH 问题。在车辆开发的前期,采用 CAE 的方法进行车辆性能的虚拟评估,是现在主流的开发手段。具体来讲,即 BIW 的模态、 TrimBody 的模态、车体接附点的动刚度、车体的传递函数( VTF/NTF ),以及整车模态路躁等解析项目。设定相关的模态、动刚度以及传涵目标,或者直接在进行整车虚拟仿真分析评判,最终达到整车的 NVH 目标。各目标的设定逻辑以及评判的方法手段,国内各主机厂各有不同。大致来说,即根据整车的振动噪声目标,分解到 TrimBody 级别的传涵、接附点动刚度目标,再向下分解到各个子系统目标,例如方向盘模态目标、 BIW 模态目标、座椅模态目标等等。根据相关理论, TrimBody 接附点的力乘以其到响应点的传涵,即为一条路径的响应大小,把所有路径的响应求和,即得到整车振动噪声的预估值。那么,给传递函数目标设定,以及如何评价传涵就变得非常重要了。


总所周知,车体与底盘接附点较多。常见的底盘类型有:前麦弗逊悬架 + 后扭力梁悬架结构,这种在家庭用三厢车上比较常见。另一种为前麦弗逊悬架 + 后多连杆悬架,或者前麦弗逊悬架 + 后双叉臂悬架,这种悬架构造在许多 SUV 上比较常见。不管哪种悬架,其与底盘的接附点都能到 20 个以上。拿 NTF ( Noise transfer function )来说,一共 22 个接附点,每个接附点 3 个激励方向,有 4 个声腔响应点,那么整体的传涵数量有: 22 × 3 × 4=264 。 传涵分析的目的,就是从这近 300 条的传涵中判断车体的风险点,并进行优化。这是一项非常有挑战性的工作。 如何为这些传涵划分目标曲线,如何具体去评价这些传递函数,都非常的考验每一个 NVH-CAE 工程师。

那么,怎样才能从如此之多的曲线中得到整车振动噪声的风险点呢?根据我的一些经验,可以从以下几个方面来考虑:

- 如果较多传涵在某频率下有峰值,并且超出了设定的目标线,那该频率就是一个风险频率,反应在整车上的振动或者噪声会有峰值产生,并有可能超出整车目标。进一步分析,造成这一个峰值的原因将是某部件或总成的模态引起的,或者部件的刚度太小,或者与其他模态耦合(与结构模态耦合或者与声腔模态耦合);

- 传涵的在某频率下出现一个较高的峰值,对于该传涵频率,也需要去优化;

- 关注所有传涵整体幅值水平大小。

- (欢迎私信补充)

2.软件的设想

实际上, 由于项目的日程的关系,不可能任何一个峰值频率都去分析优化,在有限的时间内,得到最大的工作价值,确保数字阶段虚拟评价不放过一个大问题,也不漏掉一些小问题,最终目的是保证整车振动噪声目标达成。 在这里,针对传涵的后处理,我开发了一个后处理的软件。该软件实现的功能模块有:

- 自动生成所有传涵曲线,一条或者多条曲线对比;

- 自动定义传涵目标;

- 传涵分析;

- 自动生成报告;

传递函数的后处理,不单单是解决工作效率的问题,最重要的还是达到辅助判断的目的,体现的是一种分析的思想,判定的逻辑依据。

3.NVH-CAE传递函数后处理程序

软件主界面,现在比较复杂了

图3.1 软件界面

3.1预处理

预处理有两种方法,可以自己定义激励点和响应点(现在不常用),第二种直接选择带处理的传涵结果文件。

图3.2 预处理界面

3.2 生成曲线

分别选择传涵结果文件,即全部输出所有传涵。可以实际情况再调整图表格式。

图3.3 输出曲线

图3.4 传涵曲线

3.3给传涵设定目标线

图3.5 添加目标

根据分析要求,以及不同的要求,有两种方法:一种为1/3倍频程来划分目标,另一种为整个频段自定义目标设定。

图3.6 以benchmark_car的1/3倍频程为目标自动划分目标的传涵曲线

图3.7 整个频域段自定义目标设定的传涵曲线

3.4传涵自动分析

图3.8 传涵分析

传涵自动分析功能是程序最核心的功能之一。其分析功能通目标设定功能是分开的,可以独立运行。有两种方法:1/3倍频程分析,即使用1/3倍频程划分分析的频率段,每个频段进行目标值对比,得到new car频率段的峰值和峰值频率,并统计NG的传涵个数。各频率段的目标值有三种方法设置,分别为自动benchmark car自动划分值、自定义目标值和导入目标表格值。统计结果如下:

图3.9 1/3倍频程传涵分析结果

另外一种分析方法即自定义分析方法。得到整体曲线的的大致水平,会输出曲线峰值、平均值和整体水平的百分比。

图3.10 自定义目标曲线传涵分析

3.5 报告的自动输出以及结果的保存

图3.11 自动生成报告

3.6 程序运行视频
(视频最后生成报告还是很炫的)
 
4. 最后

传涵的处理与评价繁琐复杂,各条传涵对整车NVH性能的权重又不同,如何在几百条传涵中查找关键的风险频率,如何控制上百条传涵的水平大小,真正达成整车NVH性能目标,做到不误对策、花最小的精力得到最大的效果,做到不纠结一些无关紧要小问题,不放过真正噪声振动root的大问题,也许,基于模态轮胎的整车建模才是解决这些困扰的不二法门!