車輛噪音和振動的檢修

文/廣東 汪俊

振動和聲音本質上是相同的，聲音是空氣的振動，振動與聲音同樣都能以“波”的形式表示。本文介紹了關于車輛噪音與振動的基礎知識；分析了常見的幾種車輛噪音和振動的發生原理；以豐田凱美瑞故障案例診斷過程為基礎，總結了車輛噪音和振動診斷的一般思路和方法。

一、振動源

噪音是由于車身的振動產生。如低頻噪音、沖擊音等。異響是車廂內、外物體與物體接觸產生。如剎車鳴響、風切音等。本文介紹的是車輛噪音，暫不考慮車輛異響。

振動源產生振動，通過共振系放大，再通過傳達系傳播到振動體(圖1)。如果振動體是車身，坐在車上或用手觸摸車體就會感覺到振動。振動體振動也能發出聲音，如果發出的聲音頻率在人耳可聽到的頻率范圍，這就是噪音。

振動源就是使物體發生振動的強制力，是振動的根源。在汽車上振動源多種多樣。主要是扭力變動產生的振動和旋轉部件的不平衡離心力產生的振動。如發動機的爆發壓力(扭力變動)、輪胎不平衡產生的離心力等。以下介紹幾種常見的振動源。

1.發動機的爆發壓力(扭力變動)導致的曲軸振動(圖2)

發動機1個汽缸燃燒做功1次，曲軸扭力變化1次，振動1次。這種振動是恒定存在的。當加油時，扭力變動變大時，振動也會相應加大。

2.車輪振動

(1)輪胎不平衡導致的振動有兩種。輪胎靜不平衡：在離心力的作用下輪胎上下振動(圖3)；輪胎動不平衡：旋轉時兩個重的部分產生離心力，2個離心力形成一個力矩，使車輪左右振動(圖4)。

(2)車輪跳動量過大導致振動(圖5)。輪胎旋轉中心偏離、旋轉時縱向跳動過大也會造成車輪振動。輪胎或輪轂外形失常，旋轉時橫向跳動過大也會造成車輪振動。

(3)輪胎剛度不均勻導致振動。輪胎由橡膠胎體、帶束層等材料在圓周上分布而產生。輪胎在路面上每旋轉1周，承受力呈周期性變化，導致車輪上下振動。

3.傳動軸旋轉時產生振動

傳動軸質量分布不平衡(圖6)、傳動軸中間支撐偏離、傳動軸后端差速器主動齒輪法蘭盤縱向跳動和橫向跳動過大(圖7)，使得傳動軸旋轉1周，振動1次。傳動軸的十字軸萬向節扭力變動為傳動軸旋轉次數的2倍。

二、振動體

所謂振動體(發音體)就是振動或聲音產生的部位。汽車上指的是車體、方向盤、車身鐵板等。

三、車輛振動和噪音發生原理分析

在各頻段中，車輛常發生的振動和噪音頻率分布(表1)。

1.振動(shake)

車輛行駛中，車體、方向盤上下或者左右顫抖，多由車輪原因導致。例如，輪胎質量靜不平衡時旋轉產生離心力，使車輪上下振動，該振動通過懸架傳遞到車身。振動頻率計算方法為：

當車速到達特定的范圍時，振動頻率接近車身或方向盤等固有頻率時，就會產生共振。另外，振動也通過懸架傳達到發動機，放大發動機的振動，再傳遞到車身各部位，進一步加劇車身的振動。產生扭轉振動(圖8)和扭曲振動(圖9)。振動故障檢修時，要重點車輪的檢查和共振系各部位的緊固。

2.顫動(Flutter)

車輪質量動不平衡時，在離心力的作用下產生力矩，使車輪左右劇烈振動，頻率一般為5～15Hz左右。該振動傳遞到方向盤，特定車速時，車輪振動頻率與方向盤固有頻率接近時，與其發生共振，方向盤劇烈抖動。此時，轉向軸為彈簧，方向盤為振動體(圖10)。

表1 振動、噪音在頻段上的分布

3.低頻噪音

低頻噪音是發動機振動或驅動系振動傳送到車身，產生的振動。是一種不易形容的“嗡嗡”聲音，但耳朵感覺有種壓迫感。類似于，登上高山或坐車進入隧道

時，空氣的壓力忽然變化，耳膜就有外推或內壓的感覺。低速時產生的音頻為30～100Hz；高速壓為100～200Hz，隨著車速變化。低頻噪音與駕駛室共鳴時，低頻噪音將被增大(圖11)。固體包圍氣體，氣體作為振動體，當振動體固有頻率與外部來的聲音頻率接近時，聲音被放大，產生共鳴。

(1)萬向節扭力變動產生低頻噪音

特定車速時，扭力變動頻率與驅動系固有頻率接近時，驅動系共振。振動經發動機后支撐腳、傳動軸中間支撐軸承、后懸掛的襯套分別傳遞到車身，使車身振動產生低頻噪音(圖12)。當十字軸式萬向角發生故障時(主要是安裝位置不當)，扭力變動加劇。振動頻率計算方法為：

(2)傳動軸的不平衡導致的低頻噪音

傳動軸不平衡，高旋轉時，離心力使驅動系彎曲振動。驅動系的振動經由發動機支撐腳、中間支撐軸承及后懸掛的襯套分別傳遞到車身，使車身振動產生低頻噪音(圖13)。振動頻率計算方法為：

(3)發動機扭力變動產生的低頻噪音

發動機扭力變動產生振動，通過發動機支撐腳傳遞到車身，造成車身共振，低頻噪音產生。檢修時，發動機懸置各部位緊固，要重點檢修。振動頻率計算方法為：

(4)于排氣管振動產生的低頻噪音

由于發動機振動和排氣脈動，使排氣管產生共振，經過O型橡膠圈、消聲器夾鉗等傳達到車身，使車身振動產生低頻噪音。排氣管細而長，容易產生振動。這種情況下，順序將排氣管O型橡膠圈、消聲器夾鉗卸下，能切斷傳遞途徑，便能確認車身的振動由那里傳來了。

(5)排氣音透過產生的低頻噪音

排氣脈動音透過車體地面進入車室內，與車室共鳴產生低頻噪音。這種情況下、因為噪音的傳達是由于空氣的振動來進行，所以不能通過順序將排氣管O型橡膠圈、消聲器夾鉗卸下，來確認車身的振動由那里傳來了。

(6)發動機吸氣音的透過產生的低頻噪音

吸氣脈動音進入駕駛室內，與駕駛室共鳴產生低頻噪音。

(7)輔機類的共振而產生的低頻噪音

安裝在發動機上的輔機裝置(交流發電機、動轉向油泵、A/C 壓縮機等)安裝支座的剛度低時。

①發動機振動與輔助裝置固有頻率接近時，產生共振，該振動通過發動機懸置傳送到車身，使車身振動產生低頻噪音。交流發電機或A/C壓縮機多直接安裝到缸體，容易產生低頻噪音。檢查時要注意各部件安裝的緊固情況。

②由于輔機類的旋轉不平衡，產生離心力，使其振動，與安裝支座、發動機產生共振，振動經過發動機懸置傳送到車身，使車身鋼板振動產生低頻噪音。

4.沖擊音

“喔喔”的聲音大小周期性的變化，象波浪的拍打。隨著車速的提高、重復也會加快。喔喔”的次數1s內2～6次左右容易感覺到。

沖擊音產生的基本條件和原理(圖14)。沖擊音產生的基本條件是，有兩種聲音的存在。A、B兩種聲音的頻率僅有很少的差異，A頻率－B頻率＝沖擊頻率(Hz)，2～6Hz左右最容易感受到。

①電風扇的扇葉不平衡與發動機扭力變動。電子扇的扇葉不平衡，使其振動產生噪音。發動機扭力變動使發動機各部位振動產生噪音。當車速到達特定范圍時，發動機振動頻率與電子扇振動頻率相差2～6Hz時，合成為沖擊音。

②其它沖擊音的振動源。如發動機扭力變動與傳動軸十字軸式萬向節的扭力變動、發動機扭力變動與傳動軸十字軸式萬向節的扭力變動、曲軸不平衡與傳動軸不平衡等。

低頻噪音和沖擊音發生同時往往伴隨著振動。

四、故障案例

一輛豐田凱美瑞裝配2AZ-FE發動機，采取FF驅動形式，已行駛1845km。客戶反應，車輛行駛時，方向盤和座椅會“喀嗒”、“喀嗒”響，并伴有振動。有時和空調系統的運行相關聯。

接到車后啟動車輛，開空調，方向盤和座椅會“喀嗒”、“喀嗒”響和振動；關空調，響聲和振動消失。但運行一段時間后，關空調依然存在。發動機轉速在1150r/min附近振動更加明顯。發動機停駛時發生，與驅動無關，能排除傳動系原因；與發動機或其輔助裝置有關。發動機轉速在1150r/min附近振動更加明顯，應在此轉速范圍產生共振。

檢查發動機懸置情況、安裝緊固狀況、輔助裝置緊固狀況，未發現異常。拆下發動機驅動皮帶，振動未消失。故障發生時，用聽診器聽診發動機及輔助裝置(交流發電機、空調壓縮機)，未發現異常。故障可能不在發動機輔助裝置。在駕駛員座椅軌道右前側螺栓上安裝振動計(VA11)探頭，進行振動頻率測定，測定振動頻率在38Hz，振動頻率與發動機轉速變化無關。

將測量的振動頻率38Hz換算成轉速：38Hz×60＝2280r/min，考慮到散熱風扇(該車有2個)高速旋轉時的轉速是2140±125r/min(標準范圍)，測量的振動頻率與散熱風扇的旋轉頻率接近。那么，推測是散熱風扇的劇烈振動傳遞到了車身。

振動發生時，用豐田診斷儀的主動測試功能啟動散熱風扇高速運轉，故障現象發生；散熱風扇停止，故障停止。考慮到散熱風扇還有低速運轉，我們將散熱風扇設定到低速運轉，振動也發生，此時測得的振動頻率為20Hz。將測量的振動頻率20Hz換算成轉速：20Hz×60＝1200r/min，與散熱風扇低速運轉速度1070±125r/min(標準范圍)接近。確定振動源為散熱風扇。拔左側風扇相應的繼電器(風扇1號繼電器)，振動消失，插回再現。進一步確定，振動源是左側散熱風扇本身。更換后，故障消失。

故障排除后，分析故障原因。左側散熱風扇的不平衡，產生劇烈振動，該振動通過車身傳遞到方向盤和座椅。開空調散熱風扇低速運轉，方向盤和座椅會“喀嗒”、“喀嗒”響和振動，這時是20Hz的振動頻率。關空調，風扇停止，嗒響和振動消失。當發動機轉速在1150r/min附近時，發動機扭力變動頻率為1150×2/60=38.3Hz，與散熱風扇高速運轉時的頻率接近。發動機與散熱風扇產生了共振，所以此時感覺振動更加明顯。

五、總結

1.振動、噪音類故障的排除思路

車輛振動和噪音故障診斷過程，就是振動源的查找過程。找到振動源，再分析振動傳播的過程。原則上優先查找振動源，再依次是共振系、傳達系。

2.振動源的查找方法

(1)如果發動機空轉發生，與驅動無關，振動源可能在發動機及其輔助裝置。拆卸發動機驅動皮帶，故障消失，振動源可能在發動機輔助裝置。反之，在發動機本身。如果振動源在發動機本身，振動頻率一定與發動機轉速有關。

測量振動頻率，對照旋轉部件(發動機曲軸、交流發電機、空調壓縮機等)的旋轉頻率，看是否對應。如果能對應，振動源一般就是該旋轉部件。

(2)如果振動和噪音與車速有關

慣性驅動時發生，與扭力變動無關，因為這時的驅動力小，扭力變動小。振動源一般為汽車傳動系旋轉部件不平衡振動(發動機曲軸不平衡、傳動軸不平衡、車輪不平衡、差速器不平衡、傳動軸不平衡等)，再舉升車輛，故障消失，振動源在車輪，故障仍在，再脫開傳動軸，故障消失，振動源在傳動軸，故障仍在，振動源在傳動軸之前。脫開傳動軸，故障消失，振動源在傳動軸和差速器，故障仍在，振動源在傳動軸之前。

慣性驅動時不發生，大負荷驅動時發生，也就是只在汽車傳動系扭力變動大時發生，說明振動源為汽車傳動系扭力變動(發動機、傳動軸十字軸等)。

測量振動頻率，對照旋轉部件(發動機曲軸、傳動軸等)和扭力變動的頻率，看是否對應。如果能對應，振動源一般就是該部件。

3.診斷工具

在鎖定的可能范圍內，進行必要基本檢查。先用聽診器輔助，鎖定故障范圍。再用噪音儀輔助(圖15)，鎖定故障部件。聽出大概發生的部位后，用噪音儀距離約10cm檢測，確認哪個位置的聲音最大，再以更短間距用噪音儀聽取聲音。聲音最大的部位就是音的產生部位。

故障發生條件確認時，注意發動機工作條件、附屬設備的工作狀況(空調，轉向助力泵、ABS泵等)、外界環境(路面狀況、天氣等)等因素。