汽車排氣系統(tǒng)的振動(dòng)研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述1.1排氣系統(tǒng)的振動(dòng)分析汽車排氣系統(tǒng)的研究相當(dāng)復(fù)雜，是一個(gè)很難很復(fù)雜的課題，它的性能能夠直接影響汽車的動(dòng)力性，舒適性以及安全性能。系統(tǒng)論可以得知，一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)包括輸入、輸出和系統(tǒng)模型[3]。汽車排氣系統(tǒng)是一個(gè)很復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)此振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析時(shí)，排氣系統(tǒng)的振動(dòng)系統(tǒng)主要有四個(gè)：發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械振動(dòng)、聲波激勵(lì)、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流沖擊和車體振動(dòng)[4]。（1）發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械振動(dòng)會(huì)直接傳給相連接的排氣系統(tǒng)。（2）聲波在排氣系統(tǒng)管道內(nèi)傳播時(shí)，會(huì)對(duì)排氣管道、消聲器殼體等部件產(chǎn)生沖擊繼而導(dǎo)致振動(dòng)產(chǎn)生。（3）發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生高速氣流進(jìn)而進(jìn)入排氣系統(tǒng)，然后沖擊作用于排氣歧管上，進(jìn)一步使整個(gè)排氣系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)。（4）車體振動(dòng)是排氣系統(tǒng)的振動(dòng)的一大激勵(lì)部分，振動(dòng)會(huì)通過排氣懸掛系統(tǒng)傳到排氣系統(tǒng)；在另一方面來自路面的振動(dòng)也會(huì)通過懸架等結(jié)構(gòu)把振動(dòng)傳遞給車體，車體振動(dòng)進(jìn)一步作用于排氣系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)的影響和路面的振動(dòng)是影響排氣系統(tǒng)的主要原因，而路面的振動(dòng)激勵(lì)會(huì)影響乘車的舒適性，并且其振動(dòng)激勵(lì)頻率在人體反應(yīng)敏感區(qū)內(nèi)，是排氣系統(tǒng)控制研究中的重要內(nèi)容。排氣系統(tǒng)的震動(dòng)輸入由下圖1.1所示。圖1.1排氣系統(tǒng)的主要振源振動(dòng)由振源激勵(lì)來輸出，然后通過排氣系統(tǒng)傳遞到車身各部位，最后體現(xiàn)為乘客對(duì)整車NVH性能的評(píng)價(jià)。排氣系統(tǒng)的振動(dòng)分析主要從振源和排氣系統(tǒng)本身做分析，然而排氣系統(tǒng)的振動(dòng)分析又分為三個(gè)方面：振動(dòng)模態(tài)分析，動(dòng)力學(xué)響應(yīng)分析和振動(dòng)傳遞的靈敏度分析。由于排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜幾乎不可能用用經(jīng)典力學(xué)解決振動(dòng)的問題。所以，對(duì)排氣系統(tǒng)的振動(dòng)分析中，有限元分析法得到了廣泛的應(yīng)用。1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)外學(xué)者對(duì)汽車排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能都做了很大量的分析工作和研究工作。相比于國外，我國對(duì)汽車排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能的研究起步較晚，研究的內(nèi)容也相對(duì)簡(jiǎn)單。我國對(duì)汽車排氣系統(tǒng)的研究也與國內(nèi)汽車工業(yè)現(xiàn)狀和各大汽車廠商息息相關(guān)。但是，隨著近幾年汽車工業(yè)的快速發(fā)展，排氣系統(tǒng)的研究也在逐步深入。國內(nèi)學(xué)者對(duì)汽車排氣系統(tǒng)振動(dòng)的研究較少，比較集中在對(duì)消聲器的設(shè)計(jì)和聲學(xué)流場(chǎng)分析。吳永橋，鄢奉林[5]在三維流場(chǎng)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)排氣系統(tǒng)進(jìn)行了靜力分析以及模態(tài)分析，從而得出排期總管在XY面內(nèi)振動(dòng)最激烈。邢素芳，王觀榮等[6]針對(duì)汽車排氣系統(tǒng)的開裂問題，應(yīng)用有限元分析法與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的辦法進(jìn)行研究，驗(yàn)證排氣系統(tǒng)固有的頻域和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率產(chǎn)生共振的設(shè)想，并且通過改變其連接方法改善了排氣系統(tǒng)的振動(dòng)屬性。姜再彬[7]簡(jiǎn)化的建立了排氣系統(tǒng)一維梁?jiǎn)卧姆抡婺Ｐ?，并且通過進(jìn)一步的模態(tài)分析用對(duì)比的方法去鑒定了連接方式對(duì)排氣系統(tǒng)固有頻率的影響。楊萬里，陳燕等[8]則更前進(jìn)一步的對(duì)排氣系統(tǒng)各組件有限元模型的簡(jiǎn)化方法進(jìn)行了對(duì)比研究，并且在這個(gè)基礎(chǔ)上進(jìn)行了排氣系統(tǒng)的數(shù)值模態(tài)計(jì)算。通過各種分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出以下結(jié)論：催化器和消聲器組的完全網(wǎng)絡(luò)模型與實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果有較大誤差，而采用簡(jiǎn)化模型甲酸得到的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。王繼先，李兆文等[9]對(duì)內(nèi)燃機(jī)的排氣系統(tǒng)的振動(dòng)特性進(jìn)行了研究，運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)建立的三維排氣系統(tǒng)模型進(jìn)行計(jì)算分析，經(jīng)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算值相差在1Hz以內(nèi)，驗(yàn)證了有限元模型的準(zhǔn)確性。采用改變橡膠吊耳位置的方法，來改變排氣系統(tǒng)固有特性，經(jīng)過多次分析優(yōu)化選擇了吊掛位置，解決了排氣系統(tǒng)怠速振動(dòng)劇烈的問題。王春慧[10]在實(shí)際工程的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)排氣系統(tǒng)的振動(dòng)問題，通過她的分析得到了懸掛對(duì)排氣系統(tǒng)振動(dòng)的影響，并提出了通過理論及經(jīng)驗(yàn)懸掛的布置方法，有限元仿真分析得到結(jié)果，進(jìn)一步模態(tài)試驗(yàn)及實(shí)車振動(dòng)加速度試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。以上學(xué)者對(duì)于排氣系統(tǒng)的研究論證分析和試驗(yàn)驗(yàn)證的方法等都有重要的工程意義，對(duì)整車NVH性能優(yōu)化和研究具有重要的參考價(jià)值。對(duì)排氣系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)研究，也是排氣系統(tǒng)振動(dòng)研究的一個(gè)重要方面，國內(nèi)在這方面的研究相對(duì)較少。李松波[11]在文中詳細(xì)介紹了排氣系統(tǒng)的一維梁?jiǎn)卧暮?jiǎn)化建模，通過試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析對(duì)比驗(yàn)證了仿真模型是準(zhǔn)確的。對(duì)排氣系統(tǒng)各組件進(jìn)行了敏感度分析，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)排氣系統(tǒng)固有屬性的影響進(jìn)行了研究。建立了包含排氣系統(tǒng)在內(nèi)的整車動(dòng)力學(xué)分析模型，在路面輸入和發(fā)動(dòng)機(jī)輸入情況下對(duì)排氣系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞特性進(jìn)行了研究，同時(shí)進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試對(duì)比驗(yàn)證分析結(jié)果。此文的研究，對(duì)于排氣系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析具有一定的指導(dǎo)作用。1.3國外研究現(xiàn)狀國外學(xué)者對(duì)汽車排氣系統(tǒng)的研究較早，研究的也更為深入。早在上個(gè)世紀(jì)末，國外的學(xué)者就已經(jīng)對(duì)排氣系統(tǒng)的建模進(jìn)行了大量的研究，并且在排氣系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性和設(shè)計(jì)研發(fā)以及計(jì)算機(jī)模擬及試驗(yàn)研究等諸多方面都有了較深層次的研究。在排氣系統(tǒng)建模研究上，Ling等[12]建立了排氣系統(tǒng)的一維簡(jiǎn)化模型，通過梁?jiǎn)卧?jiǎn)化建模，同時(shí)提出以吊耳最小傳遞載荷為評(píng)價(jià)指標(biāo)，來對(duì)吊耳的動(dòng)剛度進(jìn)行優(yōu)化選擇；此文研究動(dòng)剛度的方法對(duì)于后文研究具有深刻的指導(dǎo)意義。Fang等[13]運(yùn)用NASTRAN軟件中的殼單元模擬排氣管，梁?jiǎn)卧M懸置和波紋管，剛化處理焊接部分，完成了排氣系統(tǒng)非線性模型取得了較準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。Pang等[14]對(duì)排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析、傳遞函數(shù)及敏感度分析做了總結(jié)歸納。介紹了排氣系統(tǒng)NVH、排放和疲勞特性的設(shè)計(jì)規(guī)范，探討分析了排氣尾管對(duì)噪聲的影響。定義了排氣系統(tǒng)和車輛之間不同的接口傳遞函數(shù)，但并沒有給出具體的形式。2003年，Pang等[15]又完成了波紋管參數(shù)對(duì)排氣系統(tǒng)振動(dòng)特性影響的研究，進(jìn)一步建立了包含發(fā)動(dòng)機(jī)重量和懸置剛度的排氣系統(tǒng)振動(dòng)分析模型。并以波紋管為分界點(diǎn)將排氣系統(tǒng)劃分為熱端和冷端兩個(gè)部分。在有限元理論的基礎(chǔ)上，建立了排氣系統(tǒng)振動(dòng)方程，以波紋管各向剛度為參數(shù)變量，研究得到波紋管垂向剛度是影響排氣系統(tǒng)振動(dòng)傳遞的主要?jiǎng)偠取：蛧鴥?nèi)對(duì)汽車排氣系統(tǒng)動(dòng)力分析的對(duì)比來看，國外研究更全面更廣泛，在載荷的設(shè)置，數(shù)值仿真分析和數(shù)據(jù)后處理等也有深入的研究。排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析前提是排氣系統(tǒng)的模態(tài)分析，也是研究排氣系統(tǒng)振動(dòng)問題的前提。Chang-MyungLee等[16]運(yùn)用簡(jiǎn)化了的有限元模型對(duì)排氣系統(tǒng)的振動(dòng)模態(tài)及頻率響應(yīng)進(jìn)行了研究，驗(yàn)證了BAR單元簡(jiǎn)化的排氣系統(tǒng)模型進(jìn)行有限元分析的準(zhǔn)確合理性。并提出通過調(diào)整系統(tǒng)各個(gè)組件的剛度、阻尼及質(zhì)量分布等參數(shù)的方法來提高系統(tǒng)的可靠性。HeinerStorck等[17]在排氣系統(tǒng)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析進(jìn)行了深入的研究，提出了排氣系統(tǒng)三種邊界條件下的模態(tài)：自由模態(tài)、懸置約束模態(tài)和全約束模態(tài)。數(shù)值模態(tài)和試驗(yàn)?zāi)B(tài)結(jié)果表明采用懸置約束和全約束的實(shí)車狀態(tài)下的模態(tài)振型較復(fù)雜。文章中對(duì)模態(tài)測(cè)試的方法、測(cè)點(diǎn)的選取和測(cè)試設(shè)備應(yīng)用等作了介紹。另外，NisMoller等[18]對(duì)約束狀態(tài)下如何采集排氣系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)的具體方法和步驟進(jìn)行了詳細(xì)的分析，對(duì)數(shù)據(jù)的采集，加速傳感器的布置，激勵(lì)點(diǎn)的選擇等都作過詳細(xì)討論，最后通過試驗(yàn)分析，驗(yàn)證了有限元分析模型。Butkewitch等[19]在采用了子結(jié)構(gòu)法優(yōu)化改進(jìn)了某商用車消聲器支架。采用調(diào)整支架尺寸來提高支架的剛度的方法，實(shí)現(xiàn)整個(gè)排氣系統(tǒng)屬性的改變，使排氣系統(tǒng)固有頻率避開了發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)頻率，降低了排氣系統(tǒng)的振動(dòng)。參考文獻(xiàn)[1]李青.汽車排氣系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展.汽車工藝與材料[M]，1997-11[2]鄒有武.汽車工藝與材料[M]，1992-07[3]胡海巖，孫久厚，陳懷海.機(jī)械振動(dòng)與沖擊[M].北京:航空工業(yè)出版社，2002-1-10[4]龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動(dòng)理論與應(yīng)用[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2008：236-256[5]吳永橋，鄢奉林等.汽車排氣總管的靜力分析和模態(tài)分析[J].武漢汽車工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，22（1），10-13[6]邢素芳，王觀榮，王超等.發(fā)動(dòng)機(jī)排放系統(tǒng)振動(dòng)分析[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，34（5）：109-111[7]姜再彬.電氣化施工作業(yè)車排氣系統(tǒng)的振動(dòng)控制[J].電氣化鐵道，2002，3:25-27[8]楊萬里，陳燕，鄧小龍.乘用車排氣系統(tǒng)模態(tài)分析數(shù)值模型研究[J].三峽大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，4:345-347[9]王繼先，李兆文，王務(wù)林等.內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)振動(dòng)特性分析[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2008，29（3）：72-75[10]王春慧.排氣系統(tǒng)懸掛引發(fā)汽車NVH問題研究[J].汽車技術(shù)，2009（12）：74-76[11]李松波.車輛排氣系統(tǒng)振動(dòng)建模與動(dòng)力學(xué)特性研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2008[12]Ling,S.FPan,T.C.VibrationIsolationofExhaustPipeunderVehicleChassis[J].InternationalJournalofVehicleDesign,1994,15:131-142[13]Fang,MehmetCiray,YinChenDynamicSimulationandCorelationforAumotiveExhaustSystems[J].SAE,2001-01-1437[14]Pang,PhillipKurrle,MohamadAttributeAnalysisandCriteriaforAutomotiveExhaustSystem[J].SAE,2003-01-0221[15]PangandMohamadQatuExhaustSystemRobustnessAnalysisduetoFlexDecoupletStiffnessVariation[J]SAE,2003-01-1649[16]Chang-MyungLee,Sung-TaeParkandSang-HoKimDevelopmentofaSimpleNumericalMethodoftheExhaustSystemtoFindOptimizedDesignValues[J]SAE,1999-01-1666[17]StorckH,SumaliH,PuYExperimentalModalAnalysisofAutomotiveExhaustSturctures[J]SAE,2001-01-0662[18]NisMoller,SvendGadeOperationalM