随着中国汽车市场的转型和消费者消费观念的转变,自主品牌是否具备足够的产品力决定了汽车产品能否在越发激烈的市场竞争中保有立足之地。排气系统作为传统燃油动力和混合动力汽车的主要子系统之一,其声学性能和疲劳性能受到越来越多的重视。本文以某汽车排气系统为研究对象,围绕声学性能和疲劳性能两个关注点,在改进消声器消声能力的基础上,对结构机械疲劳寿命的优化方法展开研究。利用GT-Power软件建立台架试验仿真模型,并通过实际台架测试进行。对比分析排气系统两套初始方案的声学性能,发现方案一在常用转速下尾管噪声偏高,方案二的压力损失不满足企业要求。对比分析两套方案消声器的传递损失,发现声学性能表现不佳的主要原因是消声器的中低频传递损失不足。根据声学性能分析结果,结合消声器设计理论,优化消声器的声腔结构。对优化方案进行GT-Power声学性能仿真,优化结果表明排气系统的总传递损失在20-200 Hz和600-1000 Hz得到有效提高,尾管低速2阶和4阶噪声明显降低,压力损失与功率损失均满足规定要求。制作样件进行台架和整车试验,试验结果验证了优化措施的有效性。利用HyperMesh软件建立排气系统声学优化方案的有限元模型,通过模态分析验证模型的精度和排气系统的基本振动性能。考虑激励频率对系统响应的影响,提出一种基于动态响应的全寿命仿真方法,仿真结果表明排气系统机械疲劳寿命低于企业要求。综合隔振性能对排气系统的疲劳性能的影响,基于响应面法,提出一种旨在降低吊耳动态反力极值的均值和标准差以及提升机械疲劳寿命的目标函数。确定性优化结果表明,结构的耐久性得到提升的同时,吊耳的动态反力极值显著降低底盘受力更加均匀,汽车的乘坐舒适性得到改善。考虑弹性元件的真实刚度值受不确定因素影响而发生波动,将6σ稳健设计应用于优化问题中。在确定性优化的基础上,引入设计变量波动时目标和约束变量的概率特性参数,对设计变量进行6σ稳健性优化。优化后,吊耳动态反力和机械疲劳寿命的标准差相比确定性优化结果均有下降,表明稳健性优化设计的隔振性能和疲劳性能表现更加稳健。稳健性优化设计方案的约束变量的质量水平均高于6σ水平,表明优化结果更加可靠。经约束模态分析,验证了稳健性优化设计方案在工程上具有可行性。