排气系统吊耳隔振率实验分析

1、排气系统吊耳隔振率实验分析排气系统吊耳隔振率实验分析排气系统吊耳隔振率实验分析刘诗嘉，胡习之，李岩（华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640）摘要：提出了一种更准确的吊耳隔振率计算方法，即用主动挂钩的原点频响函数与吊耳主动挂钩到被动挂钩的频响函数的比值表示，解决了目前吊耳隔振率主要用吊耳两侧挂钩的加速度比值表达带来的问题，即挂钩振动受干扰且互相耦合。当频响函数的输出为加速度响应时，频响函数比值即为加速度比值。因此通过在约束状态下对挂钩施加力锤激励获得两侧挂钩的频响函数，可避免行车时挂钩振动受路面激励与车身振动的干扰，同时两侧挂钩也不会发生耦合。由频响函数比值计算出的隔振率与传统计算

2、结果相比，不会出现负值等异常结果，因此更为准确。关键词：排气系统；吊耳；挂钩；隔振率；振动加速度；频响函数排气系统是发动机振动激励传递到车身的途径之,其一端与动力总成相连，另一端通过挂钩和吊耳与车身相连，其隔振性能对整车的噪声和振动具有至关重要的影响。排气系统的振动不仅会加剧排气管路及其连接件的疲劳损坏，而且还可能会导致管路连接部位的松动、开裂、漏气等，并且排气系统的振动和噪声会对车内乘客的舒适性产生不良的影响。因此，对排气系统与车身之间连接件的隔振性能进行研究是有必要的1O1隔振系统简介隔振率是判断排气系统隔振性能的主要标准之一，般不低于20dBo隔振系统如图1所示，主要包括隔振器（橡胶吊耳

3、）、排气系统侧挂钩（主动侧挂钩）、车身侧挂钩（被动侧挂钩）2。图1排气系统隔振系统目前测量隔振率的方法主要是获取车辆在怠速工况和道路三挡全油门加速工况下吊耳主动侧和被动侧两端挂钩的振动加速度，这种办法实际上测得的振动不仅包括从排气系统传来的发动机振动，还包括从车身侧传来的发动机振动以及从悬架传来的路面激励等，并且测得的主、被动侧挂钩振动还是相互耦合的。本文旨在通过某乘用车排气系统隔振率试验，提出一种理论上更准确的隔振率测量方法。2振动加速度法目前工程中测量排气系统吊耳的隔振率主要通过获得车辆在怠速工况和道路三档全油门加速工况下吊耳主动端和被动端挂钩的振动加速度后，通过式（1）计算而得到。（1）

4、式中：I为隔振率；aa为主动端挂钩的频域加速度幅值；ap为被动端挂钩的频域加速度幅值3o2所示为某乘用车采用测量排气系统吊耳主、被动端挂钩的振动加速度来获得排气系统隔振率的实验布置图，实验用的传感器为PCB加速度传感器。图2隔振率测量实验传感器布置图该乘用车设计有5个吊耳，以主消声器左侧的吊耳为例来说明测量结果，在怠速工况下吊耳垂直方向的隔振率如图3所示，加速工况下的隔振率如图4所示。图3怠速工况下测量挂钩振动加速度获得的吊耳隔振率图4加速工况下测量挂钩振动加速度获得的吊耳隔振率分析图3可知，怠速工况下，吊耳在76Hz155Hz频段内的隔振率整体都小于20dB,甚至在130Hz左右时隔振率变为

5、了负值。采用这种方式测得的被动挂钩振动加速度不仅包括从主动挂钩经吊耳传来的振动，还包括发动机从悬置、副车架再经车身传递来的振动；而主动挂钩的振动也不仅包括发动机从排气系统传来的振动，还包括被动挂钩经吊耳传来的振动。实际上测得的主、被动挂钩的振动是相互耦合的4o分析图4可知，加速工况下，吊耳的2阶振动隔振率在发动机转速为2300r/min-4500r/min时整体都小于20dB,而在发动机转速为4000r/min左右时甚至变为了负值。这个结果与吊耳在怠速工况下的隔振率结果是一致的。而吊耳总的隔振率在整个加速过程中都小于20dB,并且整体比2阶振动分量隔振率小。在加速过程中，挂钩的振动不仅包括从排

6、气系统与车身传递而来的发动机振动，还包括从车轮、悬架经车身传递而来的路面激励，而路面激励对挂钩2阶振动的影响不大5,但对挂钩振动的总值影响较大，并且路面激励对被动挂钩的影响要大于主动挂钩，因此出现了图4所示总的隔振率整体小于20dB的结果。因此，采用测量车辆在怠速工况和道路三挡全油门加速工况下排气系统吊耳上下两端挂钩的振动加速度来评价吊耳的隔振率这种方法并不准确，甚至得到的结果也不是吊耳的隔振率。更准确地获取吊耳隔振率的关键在于如何避免排气系统主被动挂钩受车身振动、路面激励的影响以及主被动挂钩的振动耦合。目前获取吊耳隔振率的实验方法是在不同行车工况测量吊耳两端挂钩的振动加速度，这种方法不可避免

7、地会使挂钩振动受到车身和路面的影响，因此将排气系统从整车中拆出单独进行实验，安装方式响函数(frequencyresponsefunction,FRF)是结构的输出响应同约束模态，并用力锤法模拟激励输入。3频响函数法频和输入激励力之比。实验时同时测量激励力和由该激励力引起的结构响应，由于响应可以用位移、速度和加速度来表征，因此不同的表征方式代表不同的物理意义6o其中加速度导纳是加速度响应与激励力的比值，即响应用加速度表征时频响函数的物理意义就是加速度导纳。因此联系式(1)可知，在相同激励下，吊耳隔振率亦可以用频响函数的比值表示。排气系统的设计试制试验等情况下，可采用排气系统正确安装后吊耳主动挂

8、钩的原点频响函数与吊耳主动挂钩到被动挂钩的频响函数的比值来评价吊耳的隔振率，见式(2)o采用原点频响函数可避免主动挂钩与被动挂钩间的耦合，原点频响函数是指响应点和激励点为同一点，在同一个方向测量得到的频响函数，也叫驱动点频响函数。实验时敲击力锤应尽量靠近主动侧挂钩，图5所示为采用测量频响函数的方法来获得该乘用车排气系统吊耳隔振率的台架实验布置图。但这样得到的结果实际上并不是单一的吊耳的隔振率，而是吊耳与主被动侧挂钩串联构成的系统的隔振率。（2）式中：F00为主动侧挂钩的原点频响函数；F01为主动侧挂钩到被动侧挂钩的频响函数。图5频响函数测量实验现场图同样以主消声器左侧的吊耳为例来说明测量结果，

9、图6为吊耳主动挂钩的原点频响函数，图7为吊耳主动挂钩到被动挂钩的频响函数。图6吊耳主动挂钩原点频响函数图7吊耳主动挂钩到被动挂钩频响函数根据式（2）计算得到吊耳的隔振率，如图8所示。图8采用测量频响函数方法获得的吊耳隔振率将图3、图4和图8进行对比可知，采用频响函数测得的隔振率大部分都在20dB以上，只有在少部分频率下隔振率在20dB以下，且图中并未出现突变或者负值；而图3和图4中图形明显有部分频率段出现负值，表明主被动挂钩相互耦合，且隔振率值偏低。因此可认为本文提出的用测量频响函数来获得吊耳隔振率的方法更准确，且该排气系统的吊耳隔振性能已满足工程要求。若需要进一步优化，应该将吊耳和上下挂钩组

10、成一个系统后再进行整体优化。4结束语排气系统的隔振性能一直是优化的主要目标，吊耳的隔振率如果没有满足大于或等于20dB，则需要对吊耳进行进化。步的优从文中可知目前通过测量主被动挂钩振动加速度来获取吊耳隔振率的方法所测得的振动不仅包括发动机激励，还包含车身振动、路面激励，且主被动侧挂钩振动相互耦合。因此这种方法测得的结果与实际出入较大，易给排气系统的NVH（noise>vibration和harshness即噪声、振动和声振粗糙度）优化带来干扰。相对而言，本文提出的以测量频响函数来获取吊耳隔振率的方法更为准确。用吊耳主动挂钩的原点频响函数与吊耳主动挂钩到被动挂钩的频响函数的比值来评价吊耳的

11、隔振率，这种实验方法采用力锤激励，避免了排气系统受到车身和路面的干扰，采用原点频响函数可避免主动挂钩与被动挂钩间的耦合，因此获取的隔振率不会出现负值等异常结果，对于排气系统后续振动优化更具有参考价值。参考文献：1庞剑，谭刚，何华.汽车噪声与振动论与应用M.北京：北京理工大学出版社，2006:277-280.2丁蓉蓉.某乘用车排气系统隔振性能研究及其吊耳改进设计D.长春：吉林大学,2015.3吴杰，蒋苗苗，罗玉涛.某乘用车排气系统振动性能的优化J.汽车工程，2015(12):1433-1437.4傅志方，华宏星.模态分析理论与应用皿.上海：上海交通大学出版社，2000:2-14.5董志新.某轿车

12、排气系统结构性能与优化方法研究D.广州：华南理工大学,2014.6沃德海伦，斯蒂芬拉门兹，波尔萨斯.模态分析理论与试验M.北京：北京理工大学出版社，2001:4-8.ExperimentalanalysisonthevibrationisolationratioofexhaustsystemLIUShijia,HUXizhi,LIYan(SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering,SouthChinaUniversityofTechnology,GuangdongGuangzhou,510641,China）l/tbitiftacodujcesanac

13、curatemethodforcalculatingthevibrationisolationratiobytheratiobetweentheoriginfrequencyresponsefunctionoftheactivehookandthefrequencyresponsefunctionfromtheactivehooktothepassiveone.Thismethodsolvesthecommonlyexpressionofthevibrationaccelerationratiobetweentheactivehookandthepassiveonewhichaffectsth

14、eexternalexcitationandcoupling.Iftheaccelerationresponseistheoutputoffrequencyresponsefunction,theratioofthefrequencyresponsefunctionrepresentstheaccelerationratio.Thetestofhammerexcitationattheactivehookshowsthatthemethodcanobtainfrequencyresponsefunctionwithoutinterferenceoftheexcitationandcoupling.Comparingwiththecommonmethod,theresultofthismethodisnormalwithnonegativevalueandmoreaccurate.Keywords：exhaustsystem;lug;hook;vibrationisolationratio;vibrationacceleration;frequencyre