2014 款奧迪Q3 車車內振動感明顯

中鑫之寶汽車服務有限公司 任賀新

任賀新，Tech Gear 汽車診斷學院優秀學員，現任中鑫之寶汽車服務有限公司技術經理；2013 年通過一汽大眾技術培訓師認證；2013 年獲得奧迪十佳技術培訓師榮譽稱號；2017 年被聘為第三屆汽車診斷師大賽星至寶賽區專家評委。

故障故障一輛2014款奧迪Q3車，搭載CSS發動機和02E雙離合變速器，累計行駛里程為8萬km。車主進廠反映，該車怠速及低速行駛時，車內有明顯的振動感。

故障診斷接車后試車，發動機怠速時，坐在駕駛人側座椅上能感覺到車身在顫動，原地加速至1 000 r/min～1 200 r/min，明顯感覺到車身在晃動。異常振動類故障屬于汽車故障中的難題，大多數汽車維修技師只能通過身體的感知來分析故障，然而這是一種主觀感受，與人的敏感度有關，用這種辦法很難鎖定振動源。對于異常振動類故障，目前比較科學的診斷方法是利用pico示波器配合NVH（Noise、Vibration、Harshness的英文縮寫，含義分別為噪聲、振動與聲振粗糙度）套裝進行診斷。

分析認為該車可能的故障原因有以下幾種。

（1）發動機工作不良，某個或多個氣缸存在偶發性失火。

（2）發動機或變速器的某個旋轉部件工作失衡，例如平衡軸位置不正確、發電機傳動帶輪卡滯、飛輪動態不平衡及雙離合器不平衡等。

（3）傳動系統部件至車身的緩沖裝置工作不良，例如發動機支撐漏油損壞、變速器支撐損壞等。

用故障檢測儀檢測，發動機控制單元中無故障代碼存儲；讀取發動機失火數據，怠速時4個氣缸的失火次數均為0次。為進一步分析發動機的工作狀況，將WPS500壓力傳感器插入排氣管，測量發動機怠速時的排氣脈動波形（圖1，紅色為1缸點火信號，藍色為排氣脈動），發現排氣脈動非常均勻，說明發動機燃燒良好。

如圖2所示，利用pico示波器配合NVH套裝中的三軸（x軸、y軸和z軸）加速度傳感器可以測量車輛振動。pico示波器配套的診斷軟件（pico diagnostics）能計算出振動頻率及幅值（振動加速度），pico diagnostics還能通過ELM327從車輛的OBD診斷接口讀取發動機轉速和車速，自動計算振動與發動機轉速、輪胎轉速及傳動軸轉速之間的關系，這樣能幫助維修人員查找振動源。若振動頻率跟輪胎轉動頻率相同，則說明振動是由跟輪胎轉速一致的部件引起的，故障點可能是輪胎、半軸及制動盤等。

三軸加速度傳感器的頭部帶有磁鐵，可以吸附在鐵質部件上。首先將三軸加速度傳感器吸附在駕駛人側座椅導軌上，測量駕駛人側座椅導軌上的振動（圖3），發現當發動機轉速為1 083 r/min時，測量到1個頻率為18.1 Hz、加速度為23.9mg（“1mg”=9.81×10-3m/s2，“1μg”=9.81×10-6m/s2，下同）的振動，且診斷軟件自動計算出該振動頻率符合發動機一階振動（E1）。

振動的強度用加速度表示，加速度越大，振動強度就越大，一般振動加速度超過20mg，人體就能感受到明顯的振動。振動頻率描述的是1 s內的振動次數，單位為Hz（赫茲），例如1 s內振動1次，振動頻率就是1 Hz。發動機一階振動（E1）是指曲軸每轉1圈振動發生1次，同理發動機二階振動（E2）就是曲軸每轉1圈振動發生2次。發動機轉速為1 083 r/min，對應曲軸1 s內約轉18圈，對應的發動機一階振動（E1）約為18 Hz，這與診斷軟件計算的振動頻率（18.1 Hz）是一致的。

圖1 發動機怠速時的排氣脈動波形（截屏）

圖2 pico示波器和NVH套裝

圖3 故障車駕駛人側座椅導軌上的振動（截屏）

圖4 故障車發動機上的振動（截屏）

表1 發動機怠速時在不同位置測量的振動結果

將三軸加速度傳感器吸附在發動機上，測量發動機上的振動（圖4），發現發動機怠速時（發動機怠速時的測量操作更方便，因此后續測量都是在發動機怠速時進行的）的發動機一階振動（E1）的加速度為92.8mg，發動機二階振動（E2）的加速度為153mg，并存在以發動機二階振動（E2）頻率的倍數遞增的諧振。

找來同型號的車輛進行對比測量，在不同位置測量的振動結果見表1所列。分析表1可知，正常車與故障車的發動機一階振動（E1）的加速度差距較大，發動機二階振動（E2）的加速度差距不大；經過發動機支撐后傳遞到車身上的振動強度均能明顯減弱，說明發動機支撐減振效果良好，該車存在發動機一階振動（E1）故障，由此推斷某個與曲軸轉速相同的旋轉部件（如飛輪、雙離合器等）失衡或不圓。

分析認為，在與曲軸轉速相同的旋轉部件中，雙質量飛輪最容易出現問題。拆檢雙質量飛輪，發現雙質量飛輪的自由間隙過大（圖5）。

故障排除更換上舍弗勒Luk品牌的雙質量飛輪后試車，車輛異常振動現象消失，故障排除。

故障總結（1）利用pico示波器和NVH套裝診斷異常振動故障的要點有：通過分析振動頻率和加速度鎖定大致故障位置；對比同款車輛相同部位的振動強度，判斷部件是否工作正常；對比緩沖裝置前后的振動強度，判斷緩沖裝置是否失效。

（2）直列4缸發動機能夠很好地平衡發動機一階振動（E1），但存在較大的發動機二階振動（E2），這是由發動機自身結構特點決定的。大排量的直列4缸發動機會產生較大的發動機二階振動（E2），一般需要使用2個平衡軸，互相以相反的方向用2倍曲軸轉速旋轉，以平衡發動機二階振動（E2）。小排量的直列4缸發動機產生的發動機二階振動（E2）相對較小，無需額外使用平衡軸，通過發動機支撐便可有效過濾發動機二階振動（E2）。在本案例中，故障車存在發動機一階振動（E1）故障，發動機支撐無法有效過濾這種振動，因此在車內有明顯的振動感。

（3）不同結構型式和氣缸數的發動機的振動特點各不相同。

（4）雙質量飛輪就是將原來的1個飛輪分成2個部分，一部分保留在原來發動機側的位置上，起到原來飛輪的作用，用于起動和傳遞發動機轉矩，這一部分稱為初級質量；另一部分則放置在變速器側，用于提高變速器的轉動慣量，這一部分稱為次級質量；兩部分中間由彈簧減振器連接，從而有效隔離發動機產生的振動轉矩，使從動部件平穩運轉。

圖5 雙質量飛輪的自由間隙過大