排气系统是内燃机汽车的重要组成部分,负责降低排气噪声和尾气净化。排气系统一端通过连接法兰与发动机相连,另一端通过橡胶吊耳与车身相连。在发动机的扭矩激励下,排气系统作为中间传递路径通过吊耳将振动传递到车身。过大的吊耳动态载荷作用到车身上,不仅影响车辆的乘坐舒适性,而且会降低吊耳及系统的疲劳寿命。由于当前对于汽车的品质及使用性能有着较高的要求,所以针对排气系统的振动控制有其重要的作用。本文以某乘用车排气系统为研究对象,基于壳单元法建立了排气系统有限元模型。为了验证有限元模型的准确性,利用自由模态实验识别了排气系统的模态参数(固有频率和振型)并与数值模态进行对比。可知,固有频率测试值与计算值的绝对差值控制在5Hz以内,主要阶测试振型与计算振型也基本吻合,证明了排气系统建模方法的正确性。然后考虑动力总成及其悬置的影响,对排气系统初始设计方案进行了静力学分析、动态力频响分析和运动干涉分析。计算结果表明,排气系统五个吊耳的静态预载力不均匀;在发动机起动(激励频率在21Hz左右)阶段,吊耳传到车身的动态力极值较大且均匀性较差,影响乘坐舒适性和吊耳疲劳寿命。针对初始设计出现的问题,对排气系统的隔振性能进行优化。首先应用平均驱动自由度法调整挂钩位置实现系统初步隔振优化,结果表明,初始挂钩位置较为合理。保持初始挂钩位置不变,选择波纹管以及吊耳动刚度作为优化变量,并提出了一种旨在降低吊耳垂向静变形量、预载力标准差、挂钩垂向动态载荷极大值及其标准差的目标函数。利用Isight建立了排气系统动刚度确定性优化(动刚度为确定值)模型。优化后,吊耳传到车身的力显著降低,且车身受力及吊耳预载力分布更加均匀。虽然五个吊耳静变形的最大值略有增加,但总体来说,确定性优化一定程度上改善了乘坐舒适性和吊耳及系统的疲劳耐久性。考虑到实际工程上,吊耳和波纹管动刚度值会受到不确定性因素的影响而在优化设计值附近发生波动,使排气系统优化目标性能和约束变量值存在不稳定性。因此,在确定性优化的基础上对波纹管及吊耳动刚度进行了6 Sigma稳健性优化。对比两种优化方法的优化目标和约束变量可知,稳健性优化设计的排气系统动静态性能比确定性优化更稳健;稳健性优化设计方案满足所有约束的最低Sigma质量水平比确定性优化较高,表明稳健性优化设计更加可靠。为了验证两种优化设计方案的合理性,对系统进行了约束模态和运动干涉分析,结果表明设计方案有可行性。本文提出的排气系统隔振优化设计方法及优化流程实用可靠,对于控制排气系统振动及提升结构疲劳耐久性有较重要的参考价值。