[摘要]本文運用CAE仿真方法，研究排氣系統(tǒng)上各個  零部件對排氣模態(tài)振型和頻率的影響，分別得出影響低頻與高頻振型及頻率的關(guān)鍵部件，對前期如何控制排氣振動和后期問題整改以及試驗相關(guān)性分析具有  重要指導(dǎo)意義。并將此結(jié)論成功應(yīng)用于由于排氣振動引起車內(nèi)轟鳴問題的某車型中，使車內(nèi)噪聲降低約5dB。

關(guān)鍵詞：排氣系統(tǒng)，車內(nèi)轟鳴，模態(tài)振型，模態(tài)頻率，敏感

引言

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(tǒng)是引起低頻轟鳴問題產(chǎn)生的主要系統(tǒng)之一，排氣系統(tǒng)可以通過結(jié)構(gòu)和噪聲兩條路徑進入車內(nèi)引起轟鳴，因此控制排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)振動，可以有效提高汽車NVH水平。排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析中，排氣模態(tài)是所有排氣振動分析的基礎(chǔ)，因此保證排氣模型的相對準(zhǔn)確，才能更好地控制排氣振動的產(chǎn)生，提高汽車NVH性能?，F(xiàn)階段國內(nèi)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(guān)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(tǒng)，對排氣系統(tǒng)的所有零部件研究，找出影響模態(tài)的關(guān)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(chǎn)生，并對前期預(yù)防和后期問題整改及試驗相關(guān)性分析方面具有重要指導(dǎo)意義。

1模態(tài)影響因素分析

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。

1.1總體思路

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

1.2分析及結(jié)論

1.2.1振型影響因素分析

1.自由模態(tài)影響因素

1）吊鉤影響

去掉吊鉤的模型如圖3，將此模型模態(tài)與原系統(tǒng)模態(tài)進行相關(guān)性分析，分析得出振型相關(guān)性良好（見圖4），由此得出吊鉤對模態(tài)振型的影響甚微。

2）法蘭影響

在1）模型基礎(chǔ)上再去掉法蘭（見圖5），此模型與1）中模型做相關(guān)性分析，得出只要連接足夠結(jié)實，法蘭對振型影響甚微（見圖6）。

圖6 去掉吊鉤和法蘭的模型與去掉吊鉤模型的

3）催化器影響

在2）模型基礎(chǔ)上再去掉催化器（見圖7），此模型與2）中模型做相關(guān)性分析，得出催化器對振型影響甚微（見圖8）。

4）前消聲器影響

在3）模型基礎(chǔ)上去掉前消聲器（見圖9），此模型與3）模型相關(guān)性分析得出：前消聲器主要對60Hz以上振型影響較大，即影響高頻部分振型（見圖10）。

5）后消聲器影響

在4）基礎(chǔ)上去掉后消聲器結(jié)構(gòu)（見圖11）， 與4）中模型做相關(guān)性分析得出：后消聲器對振型影響不大，對高頻稍微有影響（見圖12）。

6）管路影響

5）中模型與原自由模態(tài)模型做相關(guān)性分析，目的是研究管路對模態(tài)振型影響，分析得出：管路主要影響排氣系統(tǒng)60Hz前振型，即低頻部分振型（見圖13）。

7）軟連接影響

調(diào)整軟連接剛度后與原模型進行相關(guān)性分析，分析得出如果軟連接剛度變化較大，則對整個頻率段的振型均有影響（結(jié)果見圖14）。

2.約束影響

1）橡膠吊耳影響對自由模態(tài)模型加橡膠吊耳約束后（模型見圖15） 與原模型進行相關(guān)性分析，分析得出橡膠吊耳主要影響60Hz前振型，即低頻振型（結(jié)果見圖16）。

2）動力總成影響

在1）基礎(chǔ)上對熱端加動力總成約束（模型見圖17），與原模型進行相關(guān)性分析得出：除熱端的局部模態(tài)外，其他模態(tài)振型均不受影響，因此動力總成對模態(tài)振型沒有影響（結(jié)果見圖18）。

綜上所述，管路布置對排氣系統(tǒng)低頻模態(tài)振型起決定性作用，中間消聲器對高頻振型起決定性作用，軟連接剛度參數(shù)對整個頻率振型有較大影響，橡膠吊耳對低頻模態(tài)振型有較大影響，其他件對模態(tài)振型影響甚微。因此在前期布置時，應(yīng)重點考慮管路走向及中間消聲器的位置。

1.2.2頻率影響分析

對以上的模型進行頻率統(tǒng)計，研究其對頻率的影響，其結(jié)果見圖19。在 低頻（70Hz之前）  各個零部件對頻率的敏感度影響均小于5Hz，在高頻（70Hz以上）  法蘭、中消、后消及軟連接剛度參數(shù)對頻率影響均較大，法蘭影響最大，其次為中消。若后期產(chǎn)生高頻振動問題，可以考慮通過以上敏感件調(diào)整頻率，而低頻問題從改變振型考慮比較有效，調(diào)頻率效果不大。

2 某車型排氣問題案例

2.1問題及原因

某車型在2500rpm左右車內(nèi)出現(xiàn)轟鳴，對車內(nèi)噪聲階次分析，車內(nèi)2500rpm處轟鳴主要貢獻量為4階噪聲，對應(yīng)頻率為166Hz左右，測試結(jié)果如圖20所示。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，在3檔pot工況，車內(nèi)噪聲與軟連接后吊鉤相關(guān)性較好，脫開吊鉤后，轟鳴消失。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)此吊鉤車身側(cè)振動在169Hz處有一共振帶，如圖21所示。經(jīng)排查排氣系統(tǒng)模態(tài)（165Hz）和車身縱梁（170Hz）頻率接近，存在共振。

2.2解決方法及結(jié)論

由于后期排氣系統(tǒng)很多部件更改起來比較困難，通過上面對排氣系統(tǒng)敏感件的分析可以得出，在高頻段要想調(diào)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(diào)整后，經(jīng)測試駕駛員右耳聲壓級從69.7dB降到64.9dB，聲壓級降低約5dB，結(jié)果見圖22。

3 結(jié)論

本文通過分析排氣系統(tǒng)零部件對排氣模態(tài)振型和頻率的影響，得出以下結(jié)論，并將結(jié)論運用于具體車型案例，快速方便解決車型問題，此研究對指導(dǎo)前期設(shè)計布置以及解決后期問題具有重大意義。

對振型的影響：

（1）管路布置對排氣系統(tǒng)低頻模態(tài)振型起決定性作用；

（2）中間消聲器對高頻振型起決定性作用；

（3）軟連接剛度參數(shù)對整個頻率振型有較大影響；

（4）橡膠吊耳對低頻模態(tài)振型有較大影響；

（5）其他部件對模態(tài)振型影響甚微；

對頻率的影響：

（1）在低頻（70Hz之前）各個零部件對頻率的敏感度影響均小于5Hz；

（2）在高頻（70Hz以上）法蘭、中消、后消及軟連接剛度參數(shù)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(yīng)重點考慮管路走向及中間消聲器的位置，若后期產(chǎn)生高頻振動問題，可以考慮通過以上敏感件調(diào)整頻率，而低頻問題從改變振型考慮比較有效，調(diào)頻率效果。

作者：張慧芳1 張建波1 范永恒1 呂士海1 陳岳昌1

作者單位：(1長城汽車股份有限公司技術(shù)中心,河北省汽車工程技術(shù)研究中心,保定   071000)

來源：2016汽車NVH控制技術(shù)研討會論文集