排气系统模态影响因素研究及其应用

1模态影响因素分析

图1为某车型全模态分析模型，其中软连接与橡胶吊耳以及悬置采用CBUSH单元进行模拟，隔板与消声器外壳采用CWELD进行模拟，焊缝和吊钩采用shell单元模拟，法兰采用四面体单元模拟。

1.1总体思路

1.2分析及结论

1.2.1振型影响因素分析

1.自由模态影响因素

1）吊钩影响

去掉吊钩的模型如图3，将此模型模态与原系统模态进行相关性分析，分析得出振型相关性良好（见图4），由此得出吊钩对模态振型的影响甚微。

2）法兰影响

在1）模型基础上再去掉法兰（见图5），此模型与1）中模型做相关性分析，得出只要连接足够结实，法兰对振型影响甚微（见图6）。

图6 去掉吊钩和法兰的模型与去掉吊钩模型的

3）催化器影响

在2）模型基础上再去掉催化器（见图7），此模型与2）中模型做相关性分析，得出催化器对振型影响甚微（见图8）。

4）前消声器影响

在3）模型基础上去掉前消声器（见图9），此模型与3）模型相关性分析得出：前消声器主要对60Hz以上振型影响较大，即影响高频部分振型（见图10）。

5）后消声器影响

在4）基础上去掉后消声器结构（见图11）， 与4）中模型做相关性分析得出：后消声器对振型影响不大，对高频稍微有影响（见图12）。

6）管路影响

5）中模型与原自由模态模型做相关性分析，目的是研究管路对模态振型影响，分析得出：管路主要影响排气系统60Hz前振型，即低频部分振型（见图13）。

7）软连接影响

调整软连接刚度后与原模型进行相关性分析，分析得出如果软连接刚度变化较大，则对整个频率段的振型均有影响（结果见图14）。

2.约束影响

1）橡胶吊耳影响对自由模态模型加橡胶吊耳约束后（模型见图15） 与原模型进行相关性分析，分析得出橡胶吊耳主要影响60Hz前振型，即低频振型（结果见图16）。

2）动力总成影响

在1）基础上对热端加动力总成约束（模型见图17），与原模型进行相关性分析得出：除热端的局部模态外，其他模态振型均不受影响，因此动力总成对模态振型没有影响（结果见图18）。

综上所述，管路布置对排气系统低频模态振型起决定性作用，中间消声器对高频振型起决定性作用，软连接刚度参数对整个频率振型有较大影响，橡胶吊耳对低频模态振型有较大影响，其他件对模态振型影响甚微。因此在前期布置时，应重点考虑管路走向及中间消声器的位置。

1.2.2频率影响分析

对以上的模型进行频率统计，研究其对频率的影响，其结果见图19。在 低频（70Hz之前） 各个零部件对频率的敏感度影响均小于5Hz，在高频（70Hz以上） 法兰、中消、后消及软连接刚度参数对频率影响均较大，法兰影响最大，其次为中消。若后期产生高频振动问题，可以考虑通过以上敏感件调整频率，而低频问题从改变振型考虑比较有效，调频率效果不大。

2 某车型排气问题案例

2.1问题及原因

某车型在2500rpm左右车内出现轰鸣，对车内噪声阶次分析，车内2500rpm处轰鸣主要贡献量为4阶噪声，对应频率为166Hz左右，测试结果如图20所示。经排查发现，在3档pot工况，车内噪声与软连接后吊钩相关性较好，脱开吊钩后，轰鸣消失。经测试发现此吊钩车身侧振动在169Hz处有一共振带，如图21所示。经排查排气系统模态（165Hz）和车身纵梁（170Hz）频率接近，存在共振。

2.2解决方法及结论

由于后期排气系统很多部件更改起来比较困难，通过上面对排气系统敏感件的分析可以得出，在高频段要想调开排气频率，最简单的办法就是更改软连接刚度，从而避开与车身纵梁的频率。对软连接刚度进行调整后，经测试驾驶员右耳声压级从69.7dB降到64.9dB，声压级降低约5dB，结果见图22。

3 结论

对振型的影响：

（1）管路布置对排气系统低频模态振型起决定性作用；

（2）中间消声器对高频振型起决定性作用；

（3）软连接刚度参数对整个频率振型有较大影响；

（4）橡胶吊耳对低频模态振型有较大影响；

（5）其他部件对模态振型影响甚微；

对频率的影响：

（1）在低频（70Hz之前）各个零部件对频率的敏感度影响均小于5Hz；

（2）在高频（70Hz以上）法兰、中消、后消及软连接刚度参数对频率影响均较大，法兰影响最大，其次为中消。

因此在前期布置时，应重点考虑管路走向及中间消声器的位置，若后期产生高频振动问题，可以考虑通过以上敏感件调整频率，而低频问题从改变振型考虑比较有效，调频率效果。