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一、选题的科学依据
1.1选题的背景及意义
中国的汽车市场正在走向成熟，同时对汽车的各方面性能也有了更高的要求，消费者对汽车振动噪声关注也日益增加，各大汽车公司也在加大对这方面的研究和开发的投入，噪音与振动将是消费者与汽车制造商最关注的性能之一。噪音与振动已成为影响汽车品牌的重要指标之一，政府法规对汽车噪声与振动的要求越来越高。政府跟顾客这两股力量使得汽车公司，相关政府机构，大学都投入大量人力与财力从事汽车降噪与减振的研究工作。噪声、振动和不舒适性(Noise Vibration Harshness,NVH)这三个指标就是用来衡量汽车这方面性能的指标，我们简称为汽车的NVH性能。
目前，NVH性能已经成为汽车的一项重要指标，它直接关系到该车型能否通过目标市场的噪声法规评估，关系到汽车的耐久性和安全性，影响到售后服务，直接影响顾客对该车的满意度。通常来说，汽车加速行驶车外噪声中除发动机噪声外，排气系统是主要的噪声源。排气系统噪声包括尾管口的噪声、排气管和排气系统部件的辐射噪声及排气脉冲噪声。排气系统噪声按辐射方式可以分为表面辐射噪声和气体动力学噪声，而气体动力学噪声又最为突出。近年来发动机性能在不断提高，排气噪声也在不断的增大。而且随着人们环境意识的增强，人们对汽车的噪声和废气的排放也提出了更高的要求。排气系统设计的好坏直接关系到汽车的动力性、舒适性、安全性和环保性能。所以，研究排气噪声对整车噪声的降低是很有必要的。
噪声与振动是一门古老的学科，但是各种新技术不断的涌现，使得它又成为一门非常新且技术含量很高的学科，随着控制技术的飞速发展和成本的降低，新材料的不断应用，计算机软件的开发，汽车噪声与振动技术发展非常迅速。主动降噪和减振技术已经在许多系统上得到应用。CAE软件的发展使得噪声与振动的许多性能可以用计算机模型来预测。整车汽车制造商已经将整车的振动噪声目标分解到大部分子系统及零部件中去，形成了整车厂——供应商联合开发的产业链，使得整车噪声与振动不断地降低。另外新型动力系统（混合动力 电动汽车）的应用，汽车又面临新的噪声与振动问题。现在，噪声与振动已成为汽车领域最活跃的研究领域之一，在汽车研究与产品研发过程中的作用越发突出。统计资料显示，整车约有1/3的故障问题是和车辆的NVH问题有关系，而各大公司有近20%的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上。
1.2国内外研究现状
国际上NVH开发进程大致分成三个阶段：第一是把振动和噪声降低的原始阶段，国内很多企业都还在解决发动机轰鸣、变速器敲击声等阶段；第二是声品质提升阶段，目前长安正处在以声品质为主导的NVH开发阶段；第三是声音的DNA阶段，进入这个层次也就是进入了世界一流汽车企业的行列。长安在庞剑领导下把NVH领域分成13个NVH子领域，这在国内汽车企业中是分得最为精细的，这样每个领域的工程师都能做到专业化和精细化，国内很多自主品牌企业的NVH开发简单拆解为3、4个领域，往往一个人要负责很多块。长安NVH团队目前有220多人，平均每个领域有17名工程师。NVH项目总师负责车型，每个领域NVH工程师负责各自领域的研发。这样就构成矩阵式研发梯队，这种成熟的架构也是国际汽车巨头通用的模式。这种矩阵形式下的研发体系，即使放手不管，开发过程中也不会出现颠覆性问题，能保证NVH开发的连贯性。此外，NVH开发体系的构建模式还延伸到了汽车开发的其他领域。
目前长安的NVH开发能力在国内已经处于顶尖水平，到2020年，有望达到世界一流汽车公司的NVH开发水平。目前国际上的NVH开发一般占研发成本的20%，长安已经接近这个水平。在整个团队的努力下，长安汽车NVH荣膺“2013汽车工业科学技术一等奖”，这是工业界NVH领域第一次获此殊荣[1]。
由于车辆排气系统对于整车的NVH性能具有很大影响，己经有很多振动模态研究成果被应用于排气系统的振动模态优化中。排气系统建模是进行分析的前提，国内外学者在排气系统的建模上已经进行了大量的研究，使用的方法包括有限元分析和试验模态分析等.
全球一些大型的汽车公司已经具备了已经具备了模拟排气系统噪声平台和实验设备，国外对排气系统的研究主要集中在排气系统组件和排气系统整体的建模研究。
Chang-Myung Leed等对有限元模型简化处理后研究排气系统的振动模态及频率响应状况，以检验排气管被简化成BAR单元后的有限元模型能否还能模拟排气系统振动的实际状态，通过反复的试验验证及调整排气系统的各部件的刚度、阻尼以及质量分布等来提高系统的可靠性[2]。Kendra Eads等提出了更合理的排气系统吊挂元件的简化方法，以提高有限元模型的建模精度，并提出了对系统弹性参数进行优化的流程和方法[3]。
Nis Moller等提出了排气系统处于实际安装状态下的模态参数采集的实验方法[4] 。 Ling等用简化了的排气系统模型进行了模态分析，并优化排气系统橡胶悬挂的刚度[5]。Eads等提出了橡胶吊挂的力学描述方法和优化步骤[6]。 Storck等根据试验模态分析中自由模态、悬置约束模态、悬置加边界约束模态三种边界条件的模态分析进行讨论[7]。Fang等运用Nastran的非线性单元建立的非线性排气系统模型，模态结论与实际验证相符[8]。Pang等通过排气系统的振动方程的建立，把排气系统振动特性作为优化的目标函数，设计变量是波纹管的各个方向刚度，最后得出波纹管的垂向刚度是影响排气系统振动传递最重要的刚度的结论[9]。
吴林通过分析了发动机、排气系统等噪声产生的原因，提出了减少噪声的原理和具体方法[10]。王斌等通过实验方法对发动机上安装和未安装排气系统时的噪声进行了比较，可以看出排气系统的噪声与发动机的噪声处于同一量级[11]。姜再彬利用梁单元对排气系统进行模态分析分析，并且对发动机与排气系统的连接方式进行了探讨[12]。邢素芳等表明当发动机的转动频率与该排气系统的固有频率相同时发生耦合，引起了共振。然后通过改进发动机与排气系统的连接方式改变了排气管的固有频率，使得发动机的转动频率与该排气系统的固有频率不再相同，经样车试验表明降低了振动，取得了理想的效果[13]。李松波还研究了动力总成对排气系统动力学特性影响，并对排气关键组件的敏感度进行了分析，发现动力总成是排气系统动力学分析不可忽略的因素，改变波纹管长度和刚度是调节排气系统固有频率分布的有效方法;吊挂位置的改变对低频调节有一定效果，但对大部分频率基本无效[14]。
参考文献:
[1]长安汽车NVH荣膺“2013汽车工业科学技术一等奖”,华龙汽车网：http://car.cqnews.net/html/2013-11/07/content_28553095.htm，2013-11-7
[2] Chang-Myung Lee，Sung-Tae Park. Development of a Simple Numerical Method of the Exhaust System to Find Optimized Design Values. SAE Paper No.2000-O1-0117，2000
[3] Kendra Eads，Kamyar Haghighi. Finite element optimization of an exhaust system. SAE Paper No.2000-01一0134，2000
[4]Nis Ms}ller, Svend Gade，Operational Modal Analysis on a Passenger Car Exhaust System. SAE Paper No.2002-01-3574，2002
[5]Ling S F，Pan vehicle chassis.TC，Lim G H，etal. Vibration isolation of exhaust pipe under
International Journal of Vehicle Design，1994，15(1/2)
[6]Pang Jian，Kurrle Phillip. Attribute Analysis and Criterial for Automotive
Exhaust System. SAE Paper No.2003-01-0221，2003
[7]Heiner Storck，Hartono Sumali，Ya Pu. Experimental modal analysis of
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[8]Xitian Fang，Mehmet Ciray，Yin Chela，Dynamic simulation and Correlation
for automotive exhaust systems. SAE Paper No.2001一01一3574，2001
[9]Jian Pang， Mohamad Qatu，Exhaust system robustness analysis due to flex decoupler stiffness variation. SAE Paper No.2003-01-1649,2003
10]吴林，苏群兴.汽车噪声改进措施的分析和研究[[J].农业装备与车辆工程，2008(6):1-2
[11]王斌等.发动机排气系统噪声的实验分析[[J].农机化研究，2004, (4): 1-3
[12]姜再彬，电气化施工作业车排气系统的振动控制[fJl.电气化铁道，2002, 3: 25-27
[13]邢素芳，王现荣等.发动机排气系统振动分析[[J].河北工业大学学报，2005 34(5):1-3
[14]1李松波等.动力总成对排气系统动力学影响研究及排气组建敏感度分析[[J].汽车工
程，2008 ,(4): 8
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