汽车噪音和振动问题剖析
在车辆故障中，噪音和振动故障是比较难诊断的，特别是车辆行驶中或行驶在特殊道路环境下才出现的故障，往往会给技术人员的诊断和维修带来困难。而且目前还没有完善的诊断仪器能对这类故障进行准确的诊断，在维修中往往只能更多地依赖于经验和零件的互换来排除故障。如何更准确快捷地对这类故障进行诊断呢?让我们先了解一下何为“噪音”和“振动”。
一、噪音 1．噪音 在一些专业资料中，噪音通常http://wWW.LWLm.cOM是指令人产生烦躁和不安的声音，我们不能机械地用某个指标来对噪音进行判断。汽车排气的轰鸣声在赛道上可以认为是赛车的音乐；优美的音乐对不同的欣赏者来说，可能会被认为是噪音。在实际工作中我们经常会遇到这种情况，当客户接到已经维修完毕的车辆后非常生气，“我要求你们排除的是车轮的那种怪怪的声音而不是你们说的减振器的声音，车轮的怪声让我担心轮胎会跑掉。就算减振器坏了，我暂时可以忍受。”所以，在诊断汽车噪音故障前，一定要认真听取客户对噪音故障现象的描述，这将决定你是否能顺利排除故障；故障排除后一定要请客户来进行验证。这就是我们常说的“问诊”，后面我们还会继续讨论。 2．声音的衡量指标 (1)响度——声音的响度是由人耳感受的声压的大小来决定的，声波振幅越大，相应声压越大，人耳感知的声音就越响。 (2)音频——音频是由声波的频率来决定，频率越高，音频就越高，也就是我们俗话说的“尖声”。 (3)音调——音调是由声波的波形来决定，同样一个音调，钢琴和小提琴演奏出来的声音是不同的(图1)。 3．声音的速度 声音的传播速度受温度影响较大。在0℃时，声速为331．5m／s。每增加1℃，速度增加0．61m/s。另外，声音与传播的媒介也有关系，在水中声音传播的速度为1500m／s，如果在金属中传播，速度将增加到5000m／s。 4．车内声音的共鸣反应 由于在车内空间中存在声音共鸣现象，一个低频的声音会产生很大的“隆隆”声。表1对车内出现的共鸣声进行了说明。 表1中仅仅描述了轴向振动引起的车内共鸣现象，在实际当中还同时存在垂直、左右等不同方向振动的叠加。这样要想通过改变车内形状和尺寸来降低车内的共鸣是很难办到的，唯一可行的方法就是降低车内噪音本身的频率水平。 5．汽车噪音频率分布范围 通过对汽车各种噪音频率分布(表2)的了解，有助于技术人员将采集到的噪音信号进行定性分析和判断，为我们在噪音故障诊断过程中提供新的思路和方法。 二、振动 实际上噪音的来源都可归因于各种不同类型的振动，我们在讨论噪音的过程中，一定要考虑振动所造成的影响。 1．振动的衡量指标 (1)频率——指在每秒钟振动的次数，也可表述为振动的速度。振动频率越高，表示振动的越快。 (2)振幅——指振动的强度。振幅越大，振动越强。 (3)振动波形——就像声波一样，每一种振动都有不同的振动波形。波形取决于振动元件的材料和外界的诱导力。图2表述的是几例不同的振动波形。 汽车行驶中过大的振幅将使乘员的舒适感下降，通过减振器对振幅的衰减，可以提高舒适性。同样，当车辆各种振动频率接近或相同时，会产生共振，引起振幅的叠加，从而降低驾乘舒适性。 所以我们在排除振动方面的故障时，一定要分清是由于振动本身的振幅引起还是由于共振引起。从而顺利排除故障。 2．汽车上振动产生的主要原因 (1)发动机运转引起的振动 由于发动机运转时，曲轴转矩的变化，引起旋转部件的不平衡，产生振动。 (2)不平衡的旋转件引起的振动 简单地说，由于部件的旋转中心产生了偏移，从而产生了这类振动。该类振动包括静态和动态。我们可以这样去理解：静态的平衡是指发生在一个平面内的，动态的平衡是指发生在不同平面内的。离心力是随着转速的增加而上升的，因此一个微小的不平衡随着转速的增加，会产生很大的不平衡，因此我们在检查振动故障时，就不得不考虑转速带来的巨大影响。例如，当一个直径20cm的车轮有60g的不平衡，在1200r／min时将会产生186N的不平衡力。图3清楚地表述了离心力与速度的关系。 (3)万向节传动角度引起的振动 传统万向节有不等速传动的特性，并且动力传递角度越大，产生的不平稳传动就越大。车辆在行驶过程中，由于万向节传递角度随着道路状况的变化而变化，从而导致了车辆振动的发生。现代汽车，随着等速万向节的使用，这类振动发生的可能性大大降低，这里就不作详细的阐述。 (4)轮胎不均匀引起的振动 轮毂和轮胎的不均匀和失圆，会直接导致车轮在行驶中径向力和轴向力的不断变化，从而引起车身的振动。所以在诊断这类问题时，不能忽略对轮胎、轮毂失圆和不均匀性的检查。 3．振动和噪音与车速的关系 表3列出了车辆典型的振动和噪音产生的车速范围，供大家参考。 从表3可以看出，车辆在60—90km／h的车速段是振动的集中发生段，所以在维修诊断过程中一定要考虑车速的影响。 三、异常噪音和振动的故障诊断方法 由于噪音与振动总是同时出现的，我们不能孤立地去看待噪音和振动，下面就以噪音为例进行说明。 在美国有一项调查表明，在汽车故障诊断中最难处理的莫过于间歇性的电器故障和噪音，因为我们往往很难再现客户反映的故障现象，而且很难准确定位故障发生的部位。这样，正确的维修方法将显得尤为重要(图4)。 1．信息收集 这是整个流程中最重要的步骤。很多有过诊断噪音和振动类故障的技术人员都不得不承认，再现此类故障是一件很困难的工作。有时就算能够再现故障，但是繁杂的噪音使他们一时无法判断客户到底想修理什么地方。因此，尽可能地从客户处收集相关信息，是能否快速准确排除故障的一把至关重要的钥匙。当然，最好的方法是与客户一起试车，共同确认客户真正关心的问题。从以下几个方面来进行信息收集(也 就是我们常说的问诊)，将非常有助于后期对故障的排除。 (1)噪音发生位置的确认 客户自己对噪音发出位置的描述是一个很重要的信息，但有时候却误导技术人员对噪音故障发生位置和故障零件的判断。因为这一切只是来源于客户自己的感觉，如果正确引导客户提供精确、专业的信息，并对客户指出的噪音发生位置作出标记，将大大提高技术人员对故障零件判断的准确性。 (2)噪音的音调 当客户在描述噪音时，最好能用其他的表达方式进行重述，再次与客户确认噪音，这样表明你对该问题的理解与客户是一致的。 (3)噪音出现时的行驶状况 当时的路面状况；行驶车速；起步、制动、加速、减速、转向；变速器挡位。 (4)车辆状况 车辆出现故障时的状态。例如：门窗是开还是关；车门是否已经锁止；当时的乘员数量和承载质量等。 (5)外界环境 车内部的饰板和零件很多是塑料件，在温度和湿度突然变化时这些塑料件会膨胀和收缩，橡胶件会随着时间和外界环境而老化，这些都可能引起噪音故障的发生。 2．重现噪音 有时在正常道路上路试，技术人员和客户都很难让故障重现。但实际上你可能已经至少一次听到过该噪音。在这种情况下，也许需要设计一套方案，能够让噪音像被开关控制一样，不停地“开”、“关”。有两种常见的方法能够重现静态和动态的噪音故障。 (1)动态测试 当准备和客户对那些已经确定的噪音进行重现时，你需要采取必要的动态测试技巧。首先，选择一些常见的道路(高速和颠簸的道路)和客户经常行驶的道路。以一定的角度进入行驶道路，然后让一侧的车轮行驶于路边不平的部分，这样做是为了让车身发生扭曲，重现噪音。然后，以阶跃式加速的驾驶方式驾驶车辆前进和后退，也可以在驻车制动时进行急加速，也就是尽量使用非常规的驾驶方法，让车身承受更多的外力，使噪音重现。但一定要注意安全驾驶。 (2)静态测试 当你路试完返回车间后，采取一些静态测试是非常有必要的。将车辆举升后，使用橡胶锤敲击每个轮胎，各车身部件受到冲击后，将会重现噪音。另外一种方法是用握紧的拳头重击怀疑的部位和零件，来进行对路试结果的验证。当你在不需要路试就能发现噪音源的情况下，使用这些方法将会非常有效。 一些比较难于判断的噪音，如车身的破裂声、“吱吱”声，通常需要对车身施加扭曲力来进行重现。为了达到这样的效果，让一个人坐在驾驶席上，同时用千金顶慢慢地对车身的每个角依次进行举升，然后快速下降。你也可以用同样的方法对车身前部和后部进行举升和下降。这样做的目地是让噪音尽可能重现，并且能准确地定位故障源。更有意义的是，也许你能够用手实实在在地感受到故障部位的损伤状况。 3．故障定位 噪音和振动的故障大致分为两类。第一类为内部装饰件和各零部件的表面摩擦问题。第二类为外部零部件、底盘相关零件及车身金属面板的问题。要想将噪音源准确定位，却不是件容易的事。例如，某种从车身处传来的“吱吱”声，听起来像车身某处开焊，可实际上却是车身金属支架与车身装饰面板摩擦所致。 对处理这样的问题一般有两种方法：第一种是现在广大技术人员通常采用的“互换法”。就是对那些通过路试后初步怀疑的零部件进行更换或施加外力，直到噪音消失。也就是说通过不断地更换零件来发现噪音的位置。第二种方法是使用一种声音测试仪，这种方法相对来说更准确和快捷。目前有一种名为“底盘耳朵”的噪音检测仪，它使用特殊的探头并根据你的需要可固定在车身和底盘的任何部位，同时进行6个通道的噪音信号采集并进行滤波和放大。技术人员在进行检测时，可随意在6个通道中切换。通过对多通道采样信号的对比分析，可以准确地进行故障定位。而且这些采样信号还能转换成电信号，通过频率、振幅、波形的分析，最终可以真正达到对噪音振动问题的定量分析。 虽然有了这样的设备，但遗憾的是大部分车厂的技术资料都没有噪音和振动故障的标准可查，你也许根本就不知道一个正常车门板在行驶中的振动频率。那针对所采集到的噪音和振动怎样判断呢?这对我们技术人员又提出了一个新的问题。这里有一个经验，就是技术人员在对一些车辆进行其它方面维修时(或新车)，可将该车各悬挂部件、车门等易发生噪音的部位的振动采样进行保存，并记录当时的车速、路况等信息。这样下次对同样的车型进行噪音故障维修时，这将成为一个重要的参考。也就是说我们可以自己去建立一个“标准数据库”。 4．故障的分离确认 通过以上介绍的两种方法对噪音进行定位后，就需要有针对性地检查你所怀疑的各个零部件了。以下几方面是不能忽略的：检查零件的安装位置是否正确；检查零件的安装是否紧固(注意一定要严格参照技术资料的标准扭矩)；检查是否有零件变形或损坏(橡胶件、塑料件)；检查各零件接触部位的摩擦痕迹(在齿轮类噪音的检查中非常重要)(图5)。 5．故障修理 (1)间隙问题 当两个车身零件在使用中间隙低于设计范围，产生相互摩擦和干涉时，一般有两种方法解决一种是填充法，就是用一些车身胶、泡沫、胶带等软材料将故障部位进行填充分离，使故障部位不再发生碰撞或摩擦；第二种方法是重新制造间隙，这也是最简单的方法。轻轻地弯曲故障部位，直到它们在振动时不再接触。 (2)错误的安装位置 如果零件的固定位置扭紧力矩不够或松旷，在重新安装前一定要仔细检查安装孔或支架是否损坏，这一点对彻底排除故障来说非常重要。对于一些塑料件的变形，有些时候可以使用热风枪进行加热修复。 (3)未紧固的零件 零件固定主要通过螺纹或特殊卡扣，无论是哪种固定方式，失效后都会导致上述问题发生。 (4)润滑问题 一定要按标准技术手册要求，正确使用润滑材料。 (5)车身焊点开焊 重新焊接开焊部位。在焊接前一定要准确定位故障位置。焊接修复后破坏了原来的防氧化涂层，所以一定要注意重新喷涂防锈涂层。 (6)完工检查 这是一项简单的工作，就是在完工后，再次进行路试。其测试方法和道路必须与故障重现时一样，这样才能确定故障是否排除。同时要注意，试车时一定要邀请客户与你一起来完成：首先，能够判断客户所说的噪音故障是否已经彻底排除；其次，在修理过程中有没有引起其它的噪音或相关问题；第三，让客户感觉到你是在认真对待他的车辆。所以我们可以说“完工检查是留住客户的一份不贵的保单”。 以上是笔者在实践中对噪音和振动的一些经验和看法，重点讲述了车身和底盘部分，实际维修工作中发动机噪音的诊断和维修更为复杂。希望本文能起到一个抛砖引玉的作用，为广大技术人员在实际工作中提供帮助。