排气系统是内燃机汽车动力总成的重要组成部分，其性能直接影响汽车的振动、噪声及污染物的排放量，这些指标也是车辆品质评价的关键指标。因此在设计初期就应该考虑排气系统的NVH性能，合理的与发动机及整车参数进行匹配。另外，由于环保法规的日益严格，排气系统内部结构更加复杂；加上波纹管、吊耳等橡胶隔振元件，排气系统作为一个复杂的多自由度非线性系统，其使用性能很难通过传统振动理论来研究。以某乘用车排气系统为研究对象，基于壳单元法建立了有限元模型，将数值模态计算结果与试验模态对比，验证数值分析模型的精确程度。数值分析和试验数据对比结果表明，二者频率最大差值小于10Hz，数值模型能够真实描述排气系统振动模型。进而，对该排气系统进行了静力学分析（静位移和预载荷）、频率响应分析（吊耳传递给车身的动载荷）、挂钩动刚度分析、橡胶吊耳的隔振率分析以及排气系统疲劳分析等。排气系统的结构性能分析中耦合了动力总成及其悬置系统模型，并按实车装配状态添加排气系统边界约束条件。初始方案计算结果表明，排气系统静态位移偏大，发动机启动时由吊耳传递到车身上的动态载荷峰值较大且不均匀，隔振系统基本满足设计要求但排气系统的疲劳寿命偏低。为了保证排气系统使用寿命并尽量减小车辆行进过程中排气系统传递到车体上的力，选择排气系统波纹管刚度和吊耳刚度作为设计变量，分别采用正交试验设计方法和多目标优化算法建立了排气系统优化模型，并计算优化刚度值后的排气系统动、静态特性。仿真计算结果表明，波纹管和各吊耳的最优刚度值组合得到了较好的排气系统结构性能。优化后4个吊耳传递的最大动载荷峰值相对优化前下降了7.31N且各吊耳传递的动态反力变得均匀，其标准差由原来的15.72下降到5.02；各个吊耳的静位移最大值也小于3mm，符合吊耳疲劳寿命的要求；整个排气系统最低疲劳寿命提高了80%。另外，文中还根据平均驱动自由度位移法计算结果在排气系统节点附近增加了一个挂钩，并对此方案进行了静力学、动力学分析及通过改变波纹管及吊耳刚度优化排气系统结构性能，结果表明增加挂钩后的排气系统优化结果中不仅动态性能更加理想，其静态挂钩受力相对于增加挂钩前的优化结果最大值下降了10.70N且各吊耳的预载更加均匀，增加挂钩后的排气系统优化后的最低使用寿命满足使用要求。本文建立的排气系统振动控制问题设计方法及优化流程实用可靠，对排气系统结构性能的分析与改进具有一定的参考价值。改变波纹管及吊耳刚度可以让设计人员方便的优化排气系统结构性能；排气系统利用自动寻优软件寻找最优解的方法可以节省大量的人力，提高计算效率。