嚴(yán)天雄，劉進(jìn)偉，趙東升，高中華

（隆鑫通用動(dòng)力股份有限公司技術(shù)中心，重慶400052）

基于GT-Power的某型摩托車排氣噪聲仿真分析

嚴(yán)天雄，劉進(jìn)偉，趙東升，高中華

（隆鑫通用動(dòng)力股份有限公司技術(shù)中心，重慶400052）

利用GT-Power建立了摩托車的整車仿真模型，并根據(jù)均勻設(shè)計(jì)理論組合消聲器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，利用仿真模型計(jì)算不同參數(shù)組合下的排氣噪聲水平，選出了排氣噪聲最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)方案，并制作樣件進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明：仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性，該方法能夠有效地指導(dǎo)摩托車消聲器的設(shè)計(jì)。

消聲器；均勻設(shè)計(jì)；排氣噪聲；試驗(yàn)

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，人們對噪聲的要求越來越高，相關(guān)的法規(guī)也是越來越嚴(yán)格。尤其對于摩托車而言，騎乘人員直接暴露在環(huán)境中，如果噪聲過大，將直接影響騎乘人員的感受，而排氣噪聲是摩托車噪聲的主要噪聲源[1]，因此摩托車的消聲器設(shè)計(jì)尤為重要。

評價(jià)消聲器消聲效果的指標(biāo)主要傳遞損失、插入損失以及排氣聲壓級的大小，傳遞損失是消聲器本身的結(jié)構(gòu)屬性，無法考慮與整車系統(tǒng)的匹配問題，通過建立消聲器與發(fā)動(dòng)機(jī)的耦合模型，求解聲壓級大小來評估消聲器的消聲性能，能解決消聲器與整機(jī)的匹配問題[2]。

1 消聲器結(jié)構(gòu)參數(shù)邊界條件

消聲器設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)參數(shù)眾多，需要綜合考慮其安裝空間的限制以及排氣背壓大小，不同的觸媒的長度，轉(zhuǎn)接管的直徑、隔板的位置以及排氣尾管的直徑對消聲器消聲效果有重要的影響，本文著重對其進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。

本文消聲器的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，邊界條件：觸媒長度50 mm～90 mm，轉(zhuǎn)接管的直徑φ38～φ42 mm，第三隔板距尾端的距離125～145 mm，排氣尾管的直徑25～25.8 mm.每個(gè)參數(shù)在設(shè)計(jì)中取5個(gè)不同的數(shù)值，并進(jìn)行組合分析，如果用全面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)樣本，將要進(jìn)行54=625次分析，工作量極大。均勻設(shè)計(jì)能合理地縮小數(shù)據(jù)樣本的范圍，提高設(shè)計(jì)工作的效率[3]。

圖1 消聲器結(jié)構(gòu)圖

均勻設(shè)計(jì)首先確定消聲器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)因素及水平數(shù)，因素?cái)?shù)為4個(gè)，而因素的水平數(shù)為5個(gè)，本文利用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)來制作消聲器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變量的均勻設(shè)計(jì)表[4]，如表1，只需要進(jìn)行50次的設(shè)計(jì)計(jì)算。

表1 消聲器結(jié)構(gòu)參數(shù)均勻設(shè)計(jì)表

2 仿真計(jì)算模型建立

該摩托車所掛發(fā)動(dòng)機(jī)為排量650 mL的單缸發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)其相關(guān)參數(shù)建立了GT-Power仿真模型[5]，在消聲器模型后加入聲壓傳感器和麥克風(fēng)對排氣噪聲進(jìn)行測試，如圖2所示。

圖2 排氣噪聲仿真模型

利用該仿真模型分別計(jì)算50組不同消聲器設(shè)計(jì)組合的聲壓級大小，通過對比選取最優(yōu)組合方案第7組，具體尺寸如表2所示。

表2 最優(yōu)方案結(jié)構(gòu)參數(shù)組合

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)最優(yōu)方案制作樣件，在半消聲室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)測試，如圖3所示，根據(jù)GB4569-2005關(guān)于《摩托車和輕便摩托車定置噪聲排放限值及測量方法》的相關(guān)要求進(jìn)行測試，麥克風(fēng)的位置與仿真模型中設(shè)置的一致，距排氣口0.5 m，且與排氣方向成45°.

圖3 排氣噪聲試驗(yàn)測試

測試結(jié)果與仿真結(jié)果對比如圖4所示，排氣噪聲聲壓級均隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高不斷增大，趨勢一致，且二者差異在2dB（A）以內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)果略高于仿真結(jié)果，可能是測試過程中受機(jī)械噪聲的干擾所致。

圖4 仿真和試驗(yàn)結(jié)果對比

4 結(jié)論

（1）利用均勻設(shè)計(jì)理論能夠充分組合消聲器的各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)，合理地選擇各參數(shù)進(jìn)行匹配，提高消聲器的設(shè)計(jì)效率。

（2）利用GT-Power建立摩托車消聲器和發(fā)動(dòng)機(jī)的耦合模型能夠準(zhǔn)確地對排氣噪聲進(jìn)行預(yù)測，對消聲器的前期開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義，通過仿真能大大縮短消聲器的設(shè)計(jì)周期，節(jié)約消聲器開發(fā)成本。

[1]馬大猷.噪聲與振動(dòng)控制工程手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]候獻(xiàn)軍，劉 慶，劉基恩.基于GT-Power的汽車排氣消聲器性能分析與改進(jìn)[J].汽車技術(shù)，2009（1）：38-40.

[3]趙選民.試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[M].北京：科學(xué)出版社，2006.

[4]唐啟義.DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)分析及數(shù)據(jù)挖掘[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[5]GT-Power用戶手冊[Z].

Design and Simulation of a Motorcycle Muffler Based on GT-Power

YAN Tian-xiong，LIU Jin-wei，ZHAO Dong-sheng，GAO Zhong-hua
（Technology Center，Loncin Motor Co.，Ltd.，Chongqing 400052，China）

In this paper，GT-Power is applied to build the vehicle simulation model of a motorcycle，and combinate the structure parameters of the motorcycle muffler based on uniform design theory，calculate sound pressure level of exhaust noise under different parameters by simulation model，choose the optimal structure parameters of exhaust noise，product muffler prototype and test.The simulation results are in good agreement with the experimental results.This method can effectively guide the design of motorcycle mufflers.

muffler；uniform design；exhaust noise；test

TK413

A

1672-545X（2017）10-0176-02

2017-07-03

作者介紹：嚴(yán)天雄（1989-），男，云南昭通人，碩士研究生，NVH工程師，研究方向：排氣噪聲控制及聲品質(zhì)研究。