发动机排气系统振动是乘用车主要的振动、噪声源之一,当排气系统通过吊钩向车身的振动传递力过大时,车内乘客将感受到由排气系统引起的振动噪声,严重影响乘坐舒适性。因此,研究排气系统关键构件对振动传递的影响规律并进行降低振动传递的优化设计对于改善车辆NVH性能具有重要意义。本文面向某型乘用车降低室内噪声的需求,对其排气系统进行了振动传递分析及优化设计等研究工作。首先,建立了排气系统振动传递分析的有限元模型,其中催化器、消声器及连接管等构件以壳单元建模,波纹管和吊钩分别以六自由度弹簧单元和弹簧-阻尼单元等效,施加最大扭矩工况下发动机激励力,应用模态叠加法求解其振动响应。相比直接频响分析,既保证了足够的计算精度,又显著地提高了计算效率。通过实验测试与有限元计算的排气系统振动加速度的对比,验证了有限元模型的可靠性,并分析了最大扭矩工况发动机激励力作用下排气系统的受迫振动响应特征。其次,以排气系统通过吊钩向车身的振动传递力和刚度灵敏度、位置灵敏度为评价指标,对波纹管、吊钩刚度和吊钩悬挂位置进行变参数计算,详细讨论各参数对振动传递力低频段(21~80 Hz)、中频段(81~140 Hz)及高频段(141~200 Hz)的影响规律,得到了振动传递力的高灵敏度参数为:波纹管三向平动刚度,1号、4号吊钩y向、z向平动刚度及悬挂位置,5号吊钩的z方向平动刚度及悬挂位置。然后,以上述高灵敏度参数为设计变量,以全频段的频段平均振动传递力为目标函数,应用遗传算法进行面向降低振动向车身传递的排气系统优化设计;优化后振动传递力仍保持受迫振动的特点,但相比优化前,低频及中频段频谱幅值明显降低,全频段平均传递力减小了38.5%,特别地,主峰值由优化前的11.6N降低至优化后的4.7N,主峰值减小了59.5%,优化后排气系统振动传递力明显降低。最后考虑工程实际中吊钩阻尼参数的不确定,运用区间摄动法讨论了吊钩阻尼参数对排气系统振动传递力优化结果的影响。本文针对样车排气系统,建立其排气系统振动传递动力学模型,通过对排气系统关键结构件及主要参数的优化,显著降低了排气系统振动向车身的传递,从而使该型乘用车的NVH性能得到改善。本文的研究思路及研究内容可以为工程中同类的排气系统的振动分析及减振设计问题提供理论参考和技术指导。