CN113392548A - 一种基于消声器的仿真模型软件排气系统 - Google Patents

一种基于消声器的仿真模型软件排气系统 Download PDF

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盛秋平
郑璐
董浩楠
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Abstract

本发明公开了一种基于消声器的仿真模型软件排气系统，包括总体方案设计模块，总体方案设计模块与仿真模块建立模块连接，仿真模块建立模块与试验结果分析模块连接，实验结果分析模块与优化方案模块连接，优化方案模块与产品试制模块连接。该一种基于消声器的仿真模型软件排气系统，通过将消声器两端的平面板，改为圆锥状，为了有效改变中低频噪声的降噪量，我们增加了消声器的体积，改变内部导流管进气管和内部隔板穿孔方式，使得NVH性能有较大提升，消除车内共鸣音，降低尾管怠速噪声，通过调节鼻锥结构在内腔的焊接位置，可改变鼻锥与前后两端圆锥形的外罩之间的间隙，从而调节气流流通截面积的变化。

Description

一种基于消声器的仿真模型软件排气系统
技术领域
本发明涉及交通运输技术领域，具体为一种基于消声器的仿真模型软件排气系统。
背景技术
随着科技的发展，更多新技术不断涌现改变了人们的日常生活，舒适和便捷成为社会发展主流。汽车作为人们出行的主要交通工具，车辆噪声成为新的污染源，并逐渐引起了人们的关注。相关研究表，机动车辆所产生噪声贡献了城市环境中噪声的80％，是噪声污染的最大污染源，噪声不仅会对人的听觉产生干扰、让人烦躁，车内噪声也会导致乘客和驾驶人员出现疲劳、注意力无法集中等问题，给汽车的安全行驶带来隐患，超过一定限值的噪声还会对居民和行人造成听觉损伤，因此，人们开始关注如何降低汽车所产生的噪声，很多国家纷纷定制了汽车噪声的污染标准，汽车的NVH性能也就成为衡量一款汽车性能好坏的重要指标之一发动机辐射噪声和排气噪声是汽车的主要噪声源。在这些不同种类的噪声中，排气噪声大约为总噪声的30％，占据主要地位，发动机作为汽车的重要动力设备，经过长时间的发展，其设计已经相当完备，针对其优化设计代价较为高昂，因此，如何减少排气噪声成为人们主要的研究方向，在排气系统中安装消声器是最常用的方法，消声器是一种允许气流通过，又能有效降低噪声传播的装置。当排气气流流经消声器时，由于横截面积的不连续导致部分声波在消声器内发生反射，阻碍了声能量向下游的传播，利用消声器的这种特性，经过对其合理的设计，可以有效降低其噪声，由于消声器的结构相对简单，消声效果好，因此在排气系统中安装消声器已经成为对汽车噪声进行控制主要手段之一，减噪量、插入损失和传递损失是衡量消声器性能的三个主要指标。在实际的测试过程中通常采用插入损失的方法，其能够准确的表达添加消声器后真实消声效果。在最初的消声器研发过程中，研究人员通常只关注消声器在特定频段内的消声效果，而忽略了气流在消声器内部流动时生成的再生噪声，导致理论消声效果与真实测试结果出现一定的偏差。其产生原因有两种，一种是当气流通过消声器时，由于气流冲击腔体壁面而产生振动声辐射，通常以低频为主；另一种是由于消声器内部的穿孔、管道截面突变等位置对气流的流动形成强烈的扰动，使之生成旋涡，由此而引发再生噪声。随着车辆行驶速度的高速化发展，再生噪声的存在已不容忽视，它已经成为影响消声器消声性能的重要因素，开展消声器再生噪声的研究，改善其声学性能，对降低车辆噪音相当重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于消声器的仿真模型软件排气系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于消声器的仿真模型软件排气系统，包括总体方案设计模块，总体方案设计模块与仿真模块建立模块连接，仿真模块建立模块与试验结果分析模块连接，实验结果分析模块与优化方案模块连接，优化方案模块与产品试制模块连接。
优选的，总体方案设计模块包括背压分析研究系统和噪声分析研究系统，噪声分析研究系统包括排气噪声发生机理和汽车排气噪声控制策略。
优选的，仿真建模建立模块包括发动机仿真模型建立和消声器模型建立。
优选的，发动机仿真模型建立包括计算模型、模拟的元件和分析工具。
优选的，消声器模型建立包括三维建模和传递损失模型。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、该一种基于消声器的仿真模型软件排气系统，通过将消声器两端的平面板，改为圆锥状，为了有效改变中低频噪声的降噪量，我们增加了消声器的体积，改变内部导流管进气管和内部隔板穿孔方式，使得NVH性能有较大提升，消除车内共鸣音，降低尾管怠速噪声。
2、该一种基于消声器的仿真模型软件排气系统，通过结构设计的创新改变，使得消声器在组装时，不改变零件尺寸的情况下，通过调节鼻锥结构在内腔的焊接位置，可改变鼻锥与前后两端圆锥形的外罩之间的间隙，从而调节气流流通截面积的变化，使同样结构的消声器通过鼻锥位置的变化产生不同的消声效果，而达到配套广泛的技术创新性。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于消声器的仿真模型软件排气系统，包括总体方案设计模块，总体方案设计模块与仿真模块建立模块连接，仿真模块建立模块与试验结果分析模块连接，实验结果分析模块与优化方案模块连接，优化方案模块与产品试制模块连接，总体方案设计模块包括背压分析研究系统和噪声分析研究系统，制约汽车动力性能的原因很多，排气背压是其中的一个重要因素，背压过大会导致发动机的燃烧效率、输出功率、排气温度、炭烟排放等变差；
噪声分析研究系统包括排气噪声发生机理和汽车排气噪声控制策略，其中排气系统中的噪声主要来源于发动机工作噪声、自身振动辐射噪声和气流再噪声等。发动机通过排气系统向外排气时，排气管内的废气受到周期性高温高压高流速气流的冲击后，气体的密度和压强受到不断地扰动而振动产生噪声，并且排气管道和消声器外壳由于受气流冲击力的作用振动而辐射噪声，前者称为空气动力性噪声，后者称为机械振动噪声，两者构成了排气系统的主要噪声源，其中以空气动力性噪声为主，它们基本由以下几种频率噪声组成：周期性基频率噪声、气门涡流噪声、亥姆霍兹共振噪声、气流摩擦噪声和辐射噪声；
汽车排气噪声控制策略则从两个方面入手，一是从声源着手，改变气流方向，让气流通过收缩或扩张的断面，或者将气流分割为很多小的支流，减小不平滑表面的流动等，但要注意的问题是不能改变参数结构降低了排气噪声，而使发动机的性能变差；二是从传播过程入手，目前最行之有效的降噪手段是安装性能良好的消声器也可以改进排气歧管结构以获得适宜的振动传递特性，或采取隔振措施等，仿真建模建立模块包括发动机仿真模型建立和消声器模型建立，发动机仿真模型建立，主要利用有限容积法的一维计算模型，将发动机每个系统分为不同的功能模块进行编程。在建立模型时只需要把与发动机相关的模板复制到建模区域中，从而形成对象并给其属性赋值，然后将所赋值的对象连接起来，形成一个与实际发动机工作状态相接近的计算模型，发动机仿真模型建立包括计算模型、模拟的元件和分析工具；
消声器模型建立，利用GT-Power软件包中的GEM3D程序，在图形界面下通过导入3D消声器壳体模型并增加隔板、导流管、穿孔及消音棉，建立前后消声器的GT三维模型，然后设置好消声器进出气口进行离散化。将离散化后的消声器模型在GTise传递损失模板中替换已有消声器设置消声器连接口，并设置计算频率、步长、管径等参数，建立传递损失模型，然后开始计算。将离散化后的消声器在GTise中与发动机模型进行耦合，并加入诸如声压传感器、麦克风、压力传感器、累加器、变量存储器以及外界环境等模块构成的背压模拟计算模型，消声器模型建立包括三维建模和传递损失模型，通过结构设计的创新改变，使得消声器在组装时，不改变零件尺寸的情况下，通过调节鼻锥结构在内腔的焊接位置，可改变鼻锥与前后两端圆锥形的外罩之间的间隙，从而调节气流流通截面积的变化，使同样结构的消声器通过鼻锥位置的变化产生不同的消声效果，而达到配套广泛的技术创新性。
工作原理：本发明使用时，首先在总体方案设计模块中的背压分析研究系统对其进行分析，制约汽车动力性能的原因很多，排气背压是其中的一个重要因素，背压过大会导致发动机的燃烧效率、输出功率、排气温度、炭烟排放等变差，利于噪声分析研究系统将噪声的来源和形成进行分析，噪声分析研究系统包括排气噪声发生机理和汽车排气噪声控制策略，其中排气系统中的噪声主要来源于发动机工作噪声、自身振动辐射噪声和气流再噪声等。发动机通过排气系统向外排气时，排气管内的废气受到周期性高温高压高流速气流的冲击后，气体的密度和压强受到不断地扰动而振动产生噪声，并且排气管道和消声器外壳由于受气流冲击力的作用振动而辐射噪声，前者称为空气动力性噪声，后者称为机械振动噪声，两者构成了排气系统的主要噪声源，其中以空气动力性噪声为主，它们基本由以下几种频率噪声组成：周期性基频率噪声、气门涡流噪声、亥姆霍兹共振噪声、气流摩擦噪声和辐射噪声；
汽车排气噪声控制策略则从两个方面入手，一是从声源着手，改变气流方向，让气流通过收缩或扩张的断面，或者将气流分割为很多小的支流，减小不平滑表面的流动等，但要注意的问题是不能改变参数结构降低了排气噪声，而使发动机的性能变差；二是从传播过程入手，目前最行之有效的降噪手段是安装性能良好的消声器也可以改进排气歧管结构以获得适宜的振动传递特性，或采取隔振措施等，根据总体方案设计模块进行的反馈对排气系统进行改进，将消声器两端的平面板，改为圆锥状，为了有效改变中低频噪声的降噪量，我们增加了消声器的体积，改变内部导流管进气管和内部隔板穿孔方式，使得NVH性能有较大提升，消除车内共鸣音，降低尾管怠速噪声，从而解决总体方案设计模块发现的问题，改进之后对其结构进行仿真模型建立，仿真建模建立模块包括发动机仿真模型建立和消声器模型建立，发动机仿真模型建立，主要利用有限容积法的一维计算模型，将发动机每个系统分为不同的功能模块进行编程。在建立模型时只需要把与发动机相关的模板复制到建模区域中，从而形成对象并给其属性赋值，然后将所赋值的对象连接起来，形成一个与实际发动机工作状态相接近的计算模型，发动机仿真模型建立包括计算模型、模拟的元件和分析工具，消声器模型建立，利用GT-Power软件包中的GEM3D程序，在图形界面下通过导入3D消声器壳体模型并增加隔板、导流管、穿孔及消音棉，建立前后消声器的GT三维模型，然后设置好消声器进出气口进行离散化，将离散化后的消声器模型在GTise传递损失模板中替换已有消声器设置消声器连接口，并设置计算频率、步长、管径等参数，建立传递损失模型，然后开始计算，将离散化后的消声器在GTise中与发动机模型进行耦合，并加入诸如声压传感器、麦克风、压力传感器、累加器、变量存储器以及外界环境等模块构成的背压模拟计算模型，完成之后将试验结果进行分析，之后继续优化方案，最后进行产品试制。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于消声器的仿真模型软件排气系统，包括总体方案设计模块，其特征在于：所述总体方案设计模块与仿真模块建立模块连接，所述仿真模块建立模块与试验结果分析模块连接，所述实验结果分析模块与优化方案模块连接，所述优化方案模块与产品试制模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于消声器的仿真模型软件排气系统，其特征在于：所述总体方案设计模块包括背压分析研究系统和噪声分析研究系统，所述噪声分析研究系统包括排气噪声发生机理和汽车排气噪声控制策略。
3.根据权利要求1所述的一种基于消声器的仿真模型软件排气系统，其特征在于：所述仿真建模建立模块包括发动机仿真模型建立和消声器模型建立。
4.根据权利要求3所述的一种基于消声器的仿真模型软件排气系统，其特征在于：所述发动机仿真模型建立包括计算模型、模拟的元件和分析工具。
5.根据权利要求3所述的一种基于消声器的仿真模型软件排气系统，其特征在于：所述消声器模型建立包括三维建模和传递损失模型。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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