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NVH-CAE传递函数(VTF/NTF)后处理与程序实现
2018-05-28 10:18:05· 来源：误入CAE的程序员
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。
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：
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：
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！
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。
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；
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！
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