基于GT-Power的某型摩托車排氣噪聲仿真分析

嚴天雄，劉進偉，趙東升，高中華

（隆鑫通用動力股份有限公司技術中心，重慶400052）

基于GT-Power的某型摩托車排氣噪聲仿真分析

嚴天雄，劉進偉，趙東升，高中華

（隆鑫通用動力股份有限公司技術中心，重慶400052）

利用GT-Power建立了摩托車的整車仿真模型，并根據均勻設計理論組合消聲器的結構參數，利用仿真模型計算不同參數組合下的排氣噪聲水平，選出了排氣噪聲最優結構參數方案，并制作樣件進行試驗驗證。試驗結果表明：仿真結果和實驗結果具有較好的一致性，該方法能夠有效地指導摩托車消聲器的設計。

消聲器；均勻設計；排氣噪聲；試驗

隨著工業的快速發展，人們對噪聲的要求越來越高，相關的法規也是越來越嚴格。尤其對于摩托車而言，騎乘人員直接暴露在環境中，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計尤為重要。

評價消聲器消聲效果的指標主要傳遞損失、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構屬性，無法考慮與整車系統的匹配問題，通過建立消聲器與發動機的耦合模型，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的匹配問題[2]。

1 消聲器結構參數邊界條件

消聲器設計的結構參數眾多，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，本文著重對其進行設計分析。

本文消聲器的基本結構如圖1所示，邊界條件：觸媒長度50 mm～90 mm，轉接管的直徑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.每個參數在設計中取5個不同的數值，并進行組合分析，如果用全面試驗設計方法來設計樣本，將要進行54=625次分析，工作量極大。均勻設計能合理地縮小數據樣本的范圍，提高設計工作的效率[3]。

圖1 消聲器結構圖

均勻設計首先確定消聲器結構參數設計因素及水平數，因素數為4個，而因素的水平數為5個，本文利用DPS數據處理系統來制作消聲器結構設計變量的均勻設計表[4]，如表1，只需要進行50次的設計計算。

表1 消聲器結構參數均勻設計表

2 仿真計算模型建立

該摩托車所掛發動機為排量650 mL的單缸發動機，根據其相關參數建立了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對排氣噪聲進行測試，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算50組不同消聲器設計組合的聲壓級大小，通過對比選取最優組合方案第7組，具體尺寸如表2所示。

表2 最優方案結構參數組合

3 試驗驗證

根據最優方案制作樣件，在半消聲室內進行試驗測試，如圖3所示，根據GB4569-2005關于《摩托車和輕便摩托車定置噪聲排放限值及測量方法》的相關要求進行測試，麥克風的位置與仿真模型中設置的一致，距排氣口0.5 m，且與排氣方向成45°.

圖3 排氣噪聲試驗測試

測試結果與仿真結果對比如圖4所示，排氣噪聲聲壓級均隨發動機轉速的升高不斷增大，趨勢一致，且二者差異在2dB（A）以內，試驗結果略高于仿真結果，可能是測試過程中受機械噪聲的干擾所致。

圖4 仿真和試驗結果對比

4 結論

（1）利用均勻設計理論能夠充分組合消聲器的各個設計參數，合理地選擇各參數進行匹配，提高消聲器的設計效率。

（2）利用GT-Power建立摩托車消聲器和發動機的耦合模型能夠準確地對排氣噪聲進行預測，對消聲器的前期開發具有重要的指導意義，通過仿真能大大縮短消聲器的設計周期，節約消聲器開發成本。

[1]馬大猷.噪聲與振動控制工程手冊[M].北京：機械工業出版社，2002.

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

[3]趙選民.試驗設計方法[M].北京：科學出版社，2006.

[4]唐啟義.DPS數據處理系統：實驗設計、統計分析及數據挖掘[M].北京：科學出版社，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研究。