張慧芳，鮑金龍，范永恒，呂士海，陳岳昌

(長城汽車股份有限公司技術中心 河北省汽車工程技術研究中心,河北 保定 071000)

汽車NVH性能是影響乘客舒適性的重要性能之一，其中低頻轟鳴問題為常見問題之一，而排氣系統是引起低頻轟鳴問題產生的主要系統，排氣系統可以通過結構和噪聲兩條路徑進入車內引起轟鳴，因此控制排氣系統的結構振動，可以有效提高汽車NVH水平。

排氣系統結構分析中，排氣模態(tài)是所有排氣振動分析的基礎，因此保證排氣模型的相對準確，才能更好地控制排氣振動的產生，提高汽車NVH性能。現階段國內外對此方面的研究較少，在文獻[1]和文獻[2]中，作者對排氣靈敏度做了相關研究，但是大部分只是對排氣吊耳、排氣柔性管、排氣管路進行影響分析，沒有徹底分析影響排氣模態(tài)零部件的靈敏度，本文借用某車型排氣系統，對排氣系統的所有零部件研究，找出影響模態(tài)的關鍵零部件，從而達到在前期有效控制排氣模態(tài)，更有效地控制排氣振動問題產生的目的，并對前期預防和后期問題整改及試驗相關性分析方面具有重要指導意義。

1 技術路線

圖1為某車型全模態(tài)分析模型，其中軟連接與橡膠吊耳以及懸置采用CBUSH單元進行模擬，隔板與消聲器外殼采用CWELD進行模擬，焊縫和吊鉤采用shell單元模擬，法蘭采用四面體單元模擬。

圖1 排氣系統模型

本文以某車型排氣系統為例做研究，提供研究排氣系統部件敏感度的思路，主要按照整車-系統-零部件的思路進行分解模型，最終得出排氣系統上各個部件對排氣模態(tài)振型和頻率的影響大小。

圖2 技術路線

2 影響因素分析

2.1 振型影響分析

根據表1的方案對各個零部件的振型靈敏度進行分析，最終得出圖3的結果。

圖3 各個零部件對振型的敏感度MAC值

MAC百分比越大則靈敏度越小，對振型影響也越小。吊鉤、催化器、后消聲器、動力總成這幾個零部件的改變，MAC值在前13階次，MAC值在80%以上，因此對振型敏感度較弱；前消聲器在前6階對振型敏感度較低，主要影響高階次振型；橡膠吊耳對前8階敏感度較高，管路走向和軟連接剛度以對整個階次的敏感度均較高；前消聲器對5階以上振型敏感度較高。因此在前期布置時，應重點考慮管路走向及前消聲器的位置，以及軟連接剛度的選取。

2.2 頻率影響分析

對以上的模型進行頻率統計，研究其對頻率的影響，其結果見圖4。

圖4 排氣各個零部件對模態(tài)頻率影響

在60 Hz之前各個零部件對頻率的敏感度影響均小于5 Hz，在60 Hz以上法蘭、中消、后消及軟連接剛度參數對頻率影響敏感度較高，法蘭影響最大，其次為中消。若后期產生60 Hz以上振動問題，可以考慮通過以上敏感件調整頻率，否則，改變振型會比較有效，調頻率效果不大。

3 某車型排氣問題案例

3.1 問題及原因

某車型在2 500 r/min左右車內出現轟鳴，對車內噪聲階次分析，車內2 500 r/min處轟鳴主要貢獻量為4階噪聲，對應頻率為166 Hz左右，測試結果如圖5所示。

經排查發(fā)現，在3檔pot工況，車內噪聲與軟連接后吊鉤相關性較好，脫開吊鉤后，轟鳴消失。經測試發(fā)現此吊鉤車身側振動在169 Hz處有一共振帶，如圖6所示。

表1 相關性仿真方案

圖5 駕駛員右耳噪聲階次圖

圖6 三檔POT工況軟連接后吊鉤車身側三個方向振動

經排查排氣系統模態(tài)（165 Hz）和車身縱梁（170 Hz）頻率接近，存在共振。

3.2 解決方法及結論

由于后期排氣系統很多部件更改起來比較困難，通過上面對排氣系統敏感件的分析可以得出，在60 Hz以上要想調開排氣頻率，最簡單的辦法就是更改軟連接剛度，從而避開與車身縱梁的頻率。

對軟連接剛度進行調整后，經測試駕駛員右耳聲壓級從69.7 dB降到64.9 dB，聲壓級降低約5 dB，結果見圖7。

圖7 更換軟連接前后駕駛員右耳噪聲對比

4 結語

本文通過分析排氣系統零部件對排氣模態(tài)振型和頻率的影響，得出以下結論。

對振型的影響：

（1）吊鉤、催化器、后消聲器、動力總成對振型敏感度較低；

（2）前消聲器和橡膠吊耳對低階次敏感度較高；

（3）軟連接剛度和管路走向對整個階段敏感度均較高；

對頻率的影響：

（1）在60 Hz之前，各個零部件對頻率的敏感度影響均小于5 Hz；

（2）在60 Hz以上法蘭、中消、后消及軟連接剛度參數對頻率影響均較大，法蘭影響最大，其次為中消。

因此在前期布置時，應重點考慮管路走向及中間消聲器的位置，若后期產生60 Hz以上振動問題，可以考慮通過以上敏感件調整頻率。否則，改變振型會比較有效，調頻率效果不大。

結果對指導前期設計布置以及解決后期問題具有重大意義。

[1]張維達.汽車排氣系統隔振分析與設計[D].南京：南京航空航天大學，2011，12.

[2]田靜.乘用車排氣系統懸掛位置設計及隔振控制研究[D].武漢：武漢理工大學，2011，9.

[3]刑素芳，王現榮.發(fā)動機排氣系統振動分析[J].河北工業(yè)大學學報，2005，34（5）：109-111.

[4]卞信濤.排氣系統模態(tài)及振動響應分析[J].機電技術，2012，01：110-112.

[5]劉敬平，鄧幫林.某轎車排氣系統振動分析[J].振動與沖擊，2011，08：237-263.

[6]徐獻陽.車輛排氣系統的振動模態(tài)分析及優(yōu)化[D].上海：上海交通大學，2008，6.