车辆工程技术
80车辆技术
0　引言
  排气系统的组成主要包括了排气管、氧传感器、波纹管、法兰、消声器以及悬挂组件等.在三维软件中导出IGES数据格式并导入CAE软件HyperMesh中，根据分析计算的特点，在考虑计算效率和计算精度的前提下，对模型进行前处理.在几何清理简化过程中，遵循不影响分析结果的原则，比如不考虑氧传感器，并修复其安装孔，忽略消声器穿孔管上的圆孔特征（与声场和流场特性相关）等。
1　发动机对排气系统分析的影响
  模态分析的目标是识别出系统的模态参数，为系统振动特性分析、振动故障诊断和预报、结构动力学特性优化设计提供依据。首先分析发动机在排气系统的分析过程中所起的作用是否显著，因此进行了在有和没有发动机的条件下对排气系统自由模态和约束模态作用程度的探究分析，为以后的分析提供依据。自由模态情况下，不考虑发动机模态频率比考虑发动机的同阶次的模态频率高，14阶差值达到23.939Hz；约束模态下，模态频率差值随着模态阶数的增加而增大。从有无发动机的自由模态分析和约束模态分析可以看出，有限元模型不考虑发动机会提高排气系统整体的固有频率，并在约束模态分析中
明显降低模态频率。由此可得出，发动机对排气系统性能有着重要的影响，因此文中后续分析中都带有发动机，使结果更加准确。
2　汽车排气系统振动优化
2.1　发动机不正常振动问题诊断分析
  发动机对于汽车的行驶起着非常重要的作用，而发动机又是汽车底盘的一个重要组成部分，当发动机出现问题的时候，大部分原因来源于发动机的不正常抖动。这时候产生的振动可分为两类：一是内部振动；二是外部的振动。根据日常经验来看，发动机产生不正常振动现象主要有以下原因：（1）引擎的旋转机件或者安装在机器回转轴上的轮状蓄能器，俗称“飞轮”，两者没有产生良好的契合效果，至少有一者不能够保持平衡的运行状态。（2）发动机的引擎脚使用的时间较长，产生了损耗，致使发动机在运转的时候不够顺畅，平顺性大大下降，汽车就会产生不正常的抖动。（3）可能是机身本来就太过于坚硬而不容易变形，致使内部的扭转力太大，从而产生了弯曲现象，进而产生了抖动问题。
2.2　排气系统振动性能的稳健优化
  在确定性优化中，假设刚度值为确定值。实际上，在吊耳和波纹管的制造、安装以及使用过程中，其动刚度值会受到不确定因素的影响不可避免地发生一定程度的偏差或波动，使排气系统的优化目标性
能(动态反力、静位移等)和约束性能值存在不确定性。当动刚度值为不确定值时，在设计阶段准确预测吊耳动态反力、静位移等优化目标及约束性能的变化特征，对分析和提高排气系统性能的稳健性有重要意义。将设计变量视为正态分布随机变量，以确定性优化的最优值为设计变量的初始均值。为表征其波动情况，设置随机变量变异系数(标准差与均值的比值)为5%。在稳健优化模型中，优化目标不仅要使吊耳的静变形之和、动态反力极值之和、吊耳预载力标准差以及动态反力极值标准差共4个子目标的均值达到最小，还要保证各子目标的标准差最小，使得优化结果更加稳健，不会因为随机因素的干扰使设计性能发生较大变化。
2.3　汽车排气系统不正常振动问题诊断分析
  在汽车底盘中排气系统也是特别关键的。排气系统如果能够及时有效的把气体排出去，则说明性能极佳。反之，则说明该排气系统的性能较差。排气系统一旦产生了堵塞，排放气体不及时，也可能会造成汽车底盘产生振动故障。根据日常的经验来看，致使汽车排气系统产生不正常振动问题应当有以下这些原因：（1）排气管道本身设计不合理。当排气系统的管道设计的十分弯曲的话，很大程度上会导致汽车的尾气不能够及时的排放出去，气体就一直堵塞在管道中，于是就产生排气管的抖动，进而导致了汽车底盘的不正常抖动故障问题。（2）排气系统的排气口不够通畅，排气系统管道十分粗糙，导致汽车排放出的尾气因为较大的摩擦力而不能够流畅的被排放出去，从而产生了较为轻微的汽车底盘振动问题。
3　模态分析的价值
  通过对模态的分析，可以发现先前的吊挂点存在不合理之处，对排气系统振动影响很大。对系统进行灵敏度分析和频率响应分析，合理调节悬挂点的分布位置，避开发动机的怠速激励频率，提高了整车的NVH性能，具有一定的工程应用价值。在对发动机及车体不做大的改动的情况下，对排气系统振动进行优化时，可从以下几个方面进行改进：（1）通过排气系统的模态分析，可以初步得到排气系统的振动节点，将悬挂点尽可能的布置在这些节点上，这样会使传递到车身振动最小。（2）通过对排气系统各个组件的敏感度分析（如波纹管的位置、长度、刚度，以及悬挂的位置、刚度等），可以知道这些组件不同参数对排气系统固有频率的影响程度。合理调整敏感参数，使排气系统的固有频率避开发动机的激励频率和路面不平造成的振动频率。
4　结语
  模态分析的最终目的是识别出系统的模态参数，为结构的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据，避免工作频率与固有频率相近而产生共振，提高排气系统的使用寿命。为了能够更准确地反映排气系统在设计阶段以及在实际运行中的振动特性，采用约束模态分析法，再根据平均驱动自由度位移法确定、优化悬挂布置方案，使分析更为合理可靠.通过频率响应分析，以确定排气系统悬挂的动刚度是否合格，吊耳的振动传递率是否满足振动性能要求。
参考文献：
[1]侯路，王海波，谭伟等.汽车排气系统动态响应特性及强度分析[J].汽车科技,2012(06):69-72.
[2]魏燚，龚利全，陈跃伟等.排气消声系统设计[C].四川省第十一届汽车学术年会论文集.成都：四川省汽车工程学会、成都市汽车工程学会,2013.
沈阳华晨金杯汽车有限公司汽车排气系统振动特性分析研究
崔海涛，李　林
（华晨雷诺金杯汽车有限公司，沈阳 110000）
摘　要：随着社会的发展，汽车也普及到千家万户人们的生活当中。汽车排气系统一般通过法兰和吊耳分别与发动机排气歧管及车身底板相连接。在汽车行驶中，排气系统由于受到发动机振动和排气激励的影响会产生较大的振动，而振动能量通过橡胶吊耳和挂钩传递给车身底板，引起车身振动并产生车内噪声。因此如何降低排气系统传递给车身底板的振动能量，减少车身的振动及噪声水平，是排气系统设计时需要重点关注的问题。
关键词：汽车排气系统；振动特性；分析研究