文/廣東 汪俊

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

一、振動(dòng)源

噪音是由于車身的振動(dòng)產(chǎn)生。如低頻噪音、沖擊音等。異響是車廂內(nèi)、外物體與物體接觸產(chǎn)生。如剎車?guó)Q響、風(fēng)切音等。本文介紹的是車輛噪音，暫不考慮車輛異響。

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

振動(dòng)源就是使物體發(fā)生振動(dòng)的強(qiáng)制力，是振動(dòng)的根源。在汽車上振動(dòng)源多種多樣。主要是扭力變動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)部件的不平衡離心力產(chǎn)生的振動(dòng)。如發(fā)動(dòng)機(jī)的爆發(fā)壓力(扭力變動(dòng))、輪胎不平衡產(chǎn)生的離心力等。以下介紹幾種常見的振動(dòng)源。

1.發(fā)動(dòng)機(jī)的爆發(fā)壓力(扭力變動(dòng))導(dǎo)致的曲軸振動(dòng)(圖2)

發(fā)動(dòng)機(jī)1個(gè)汽缸燃燒做功1次，曲軸扭力變化1次，振動(dòng)1次。這種振動(dòng)是恒定存在的。當(dāng)加油時(shí)，扭力變動(dòng)變大時(shí)，振動(dòng)也會(huì)相應(yīng)加大。

2.車輪振動(dòng)

(1)輪胎不平衡導(dǎo)致的振動(dòng)有兩種。輪胎靜不平衡：在離心力的作用下輪胎上下振動(dòng)(圖3)；輪胎動(dòng)不平衡：旋轉(zhuǎn)時(shí)兩個(gè)重的部分產(chǎn)生離心力，2個(gè)離心力形成一個(gè)力矩，使車輪左右振動(dòng)(圖4)。

(2)車輪跳動(dòng)量過大導(dǎo)致振動(dòng)(圖5)。輪胎旋轉(zhuǎn)中心偏離、旋轉(zhuǎn)時(shí)縱向跳動(dòng)過大也會(huì)造成車輪振動(dòng)。輪胎或輪轂外形失常，旋轉(zhuǎn)時(shí)橫向跳動(dòng)過大也會(huì)造成車輪振動(dòng)。

(3)輪胎剛度不均勻?qū)е抡駝?dòng)。輪胎由橡膠胎體、帶束層等材料在圓周上分布而產(chǎn)生。輪胎在路面上每旋轉(zhuǎn)1周，承受力呈周期性變化，導(dǎo)致車輪上下振動(dòng)。

3.傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)

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

二、振動(dòng)體

所謂振動(dòng)體(發(fā)音體)就是振動(dòng)或聲音產(chǎn)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(dòng)和噪音發(fā)生原理分析

在各頻段中，車輛常發(fā)生的振動(dòng)和噪音頻率分布(表1)。

1.振動(dòng)(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?qū)е?。例如，輪胎質(zhì)量靜不平衡時(shí)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，使車輪上下振動(dòng)，該振動(dòng)通過懸架傳遞到車身。振動(dòng)頻率計(jì)算方法為：

當(dāng)車速到達(dá)特定的范圍時(shí)，振動(dòng)頻率接近車身或方向盤等固有頻率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振。另外，振動(dòng)也通過懸架傳達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)，放大發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，再傳遞到車身各部位，進(jìn)一步加劇車身的振動(dòng)。產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)(圖8)和扭曲振動(dòng)(圖9)。振動(dòng)故障檢修時(shí)，要重點(diǎn)車輪的檢查和共振系各部位的緊固。

2.顫動(dòng)(Flutter)

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

表1 振動(dòng)、噪音在頻段上的分布

3.低頻噪音

低頻噪音是發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)或驅(qū)動(dòng)系振動(dòng)傳送到車身，產(chǎn)生的振動(dòng)。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(jìn)入隧道

時(shí)，空氣的壓力忽然變化，耳膜就有外推或內(nèi)壓的感覺。低速時(shí)產(chǎn)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(shí)，低頻噪音將被增大(圖11)。固體包圍氣體，氣體作為振動(dòng)體，當(dāng)振動(dòng)體固有頻率與外部來的聲音頻率接近時(shí)，聲音被放大，產(chǎn)生共鳴。

(1)萬向節(jié)扭力變動(dòng)產(chǎn)生低頻噪音

特定車速時(shí)，扭力變動(dòng)頻率與驅(qū)動(dòng)系固有頻率接近時(shí)，驅(qū)動(dòng)系共振。振動(dòng)經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)后支撐腳、傳動(dòng)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(dòng)產(chǎn)生低頻噪音(圖12)。當(dāng)十字軸式萬向角發(fā)生故障時(shí)(主要是安裝位置不當(dāng))，扭力變動(dòng)加劇。振動(dòng)頻率計(jì)算方法為：

(2)傳動(dòng)軸的不平衡導(dǎo)致的低頻噪音

傳動(dòng)軸不平衡，高旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心力使驅(qū)動(dòng)系彎曲振動(dòng)。驅(qū)動(dòng)系的振動(dòng)經(jīng)由發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)產(chǎn)生低頻噪音(圖13)。振動(dòng)頻率計(jì)算方法為：

(3)發(fā)動(dòng)機(jī)扭力變動(dòng)產(chǎn)生的低頻噪音

發(fā)動(dòng)機(jī)扭力變動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)，通過發(fā)動(dòng)機(jī)支撐腳傳遞到車身，造成車身共振，低頻噪音產(chǎn)生。檢修時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)懸置各部位緊固，要重點(diǎn)檢修。振動(dòng)頻率計(jì)算方法為：

(4)于排氣管振動(dòng)產(chǎn)生的低頻噪音

由于發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)和排氣脈動(dòng)，使排氣管產(chǎn)生共振，經(jīng)過O型橡膠圈、消聲器夾鉗等傳達(dá)到車身，使車身振動(dòng)產(chǎn)生低頻噪音。排氣管細(xì)而長(zhǎng)，容易產(chǎn)生振動(dòng)。這種情況下，順序?qū)⑴艢夤躉型橡膠圈、消聲器夾鉗卸下，能切斷傳遞途徑，便能確認(rèn)車身的振動(dòng)由那里傳來了。

(5)排氣音透過產(chǎn)生的低頻噪音

排氣脈動(dòng)音透過車體地面進(jìn)入車室內(nèi)，與車室共鳴產(chǎn)生低頻噪音。這種情況下、因?yàn)樵胍舻膫鬟_(dá)是由于空氣的振動(dòng)來進(jìn)行，所以不能通過順序?qū)⑴艢夤躉型橡膠圈、消聲器夾鉗卸下，來確認(rèn)車身的振動(dòng)由那里傳來了。

(6)發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣音的透過產(chǎn)生的低頻噪音

吸氣脈動(dòng)音進(jìn)入駕駛室內(nèi)，與駕駛室共鳴產(chǎn)生低頻噪音。

(7)輔機(jī)類的共振而產(chǎn)生的低頻噪音

安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的輔機(jī)裝置(交流發(fā)電機(jī)、動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵、A/C 壓縮機(jī)等)安裝支座的剛度低時(shí)。

①發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)與輔助裝置固有頻率接近時(shí)，產(chǎn)生共振，該振動(dòng)通過發(fā)動(dòng)機(jī)懸置傳送到車身，使車身振動(dòng)產(chǎn)生低頻噪音。交流發(fā)電機(jī)或A/C壓縮機(jī)多直接安裝到缸體，容易產(chǎn)生低頻噪音。檢查時(shí)要注意各部件安裝的緊固情況。

②由于輔機(jī)類的旋轉(zhuǎn)不平衡，產(chǎn)生離心力，使其振動(dòng)，與安裝支座、發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生共振，振動(dòng)經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)懸置傳送到車身，使車身鋼板振動(dòng)產(chǎn)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(fù)也會(huì)加快。喔喔”的次數(shù)1s內(nèi)2～6次左右容易感覺到。

沖擊音產(chǎn)生的基本條件和原理(圖14)。沖擊音產(chǎn)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＝?jīng)_擊頻率(Hz)，2～6Hz左右最容易感受到。

①電風(fēng)扇的扇葉不平衡與發(fā)動(dòng)機(jī)扭力變動(dòng)。電子扇的扇葉不平衡，使其振動(dòng)產(chǎn)生噪音。發(fā)動(dòng)機(jī)扭力變動(dòng)使發(fā)動(dòng)機(jī)各部位振動(dòng)產(chǎn)生噪音。當(dāng)車速到達(dá)特定范圍時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)頻率與電子扇振動(dòng)頻率相差2～6Hz時(shí)，合成為沖擊音。

②其它沖擊音的振動(dòng)源。如發(fā)動(dòng)機(jī)扭力變動(dòng)與傳動(dòng)軸十字軸式萬向節(jié)的扭力變動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)扭力變動(dòng)與傳動(dòng)軸十字軸式萬向節(jié)的扭力變動(dòng)、曲軸不平衡與傳動(dòng)軸不平衡等。

低頻噪音和沖擊音發(fā)生同時(shí)往往伴隨著振動(dòng)。

四、故障案例

一輛豐田凱美瑞裝配2AZ-FE發(fā)動(dòng)機(jī)，采取FF驅(qū)動(dòng)形式，已行駛1845km?？蛻舴磻?yīng)，車輛行駛時(shí)，方向盤和座椅會(huì)“喀嗒”、“喀嗒”響，并伴有振動(dòng)。有時(shí)和空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行相關(guān)聯(lián)。

接到車后啟動(dòng)車輛，開空調(diào)，方向盤和座椅會(huì)“喀嗒”、“喀嗒”響和振動(dòng)；關(guān)空調(diào)，響聲和振動(dòng)消失。但運(yùn)行一段時(shí)間后，關(guān)空調(diào)依然存在。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1150r/min附近振動(dòng)更加明顯。發(fā)動(dòng)機(jī)停駛時(shí)發(fā)生，與驅(qū)動(dòng)無關(guān)，能排除傳動(dòng)系原因；與發(fā)動(dòng)機(jī)或其輔助裝置有關(guān)。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1150r/min附近振動(dòng)更加明顯，應(yīng)在此轉(zhuǎn)速范圍產(chǎn)生共振。

檢查發(fā)動(dòng)機(jī)懸置情況、安裝緊固狀況、輔助裝置緊固狀況，未發(fā)現(xiàn)異常。拆下發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶，振動(dòng)未消失。故障發(fā)生時(shí)，用聽診器聽診發(fā)動(dòng)機(jī)及輔助裝置(交流發(fā)電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī))，未發(fā)現(xiàn)異常。故障可能不在發(fā)動(dòng)機(jī)輔助裝置。在駕駛員座椅軌道右前側(cè)螺栓上安裝振動(dòng)計(jì)(VA11)探頭，進(jìn)行振動(dòng)頻率測(cè)定，測(cè)定振動(dòng)頻率在38Hz，振動(dòng)頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化無關(guān)。

將測(cè)量的振動(dòng)頻率38Hz換算成轉(zhuǎn)速：38Hz×60＝2280r/min，考慮到散熱風(fēng)扇(該車有2個(gè))高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速是2140±125r/min(標(biāo)準(zhǔn)范圍)，測(cè)量的振動(dòng)頻率與散熱風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)頻率接近。那么，推測(cè)是散熱風(fēng)扇的劇烈振動(dòng)傳遞到了車身。

振動(dòng)發(fā)生時(shí)，用豐田診斷儀的主動(dòng)測(cè)試功能啟動(dòng)散熱風(fēng)扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)，故障現(xiàn)象發(fā)生；散熱風(fēng)扇停止，故障停止?？紤]到散熱風(fēng)扇還有低速運(yùn)轉(zhuǎn)，我們將散熱風(fēng)扇設(shè)定到低速運(yùn)轉(zhuǎn)，振動(dòng)也發(fā)生，此時(shí)測(cè)得的振動(dòng)頻率為20Hz。將測(cè)量的振動(dòng)頻率20Hz換算成轉(zhuǎn)速：20Hz×60＝1200r/min，與散熱風(fēng)扇低速運(yùn)轉(zhuǎn)速度1070±125r/min(標(biāo)準(zhǔn)范圍)接近。確定振動(dòng)源為散熱風(fēng)扇。拔左側(cè)風(fēng)扇相應(yīng)的繼電器(風(fēng)扇1號(hào)繼電器)，振動(dòng)消失，插回再現(xiàn)。進(jìn)一步確定，振動(dòng)源是左側(cè)散熱風(fēng)扇本身。更換后，故障消失。

故障排除后，分析故障原因。左側(cè)散熱風(fēng)扇的不平衡，產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，該振動(dòng)通過車身傳遞到方向盤和座椅。開空調(diào)散熱風(fēng)扇低速運(yùn)轉(zhuǎn)，方向盤和座椅會(huì)“喀嗒”、“喀嗒”響和振動(dòng)，這時(shí)是20Hz的振動(dòng)頻率。關(guān)空調(diào)，風(fēng)扇停止，嗒響和振動(dòng)消失。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1150r/min附近時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭力變動(dòng)頻率為1150×2/60=38.3Hz，與散熱風(fēng)扇高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的頻率接近。發(fā)動(dòng)機(jī)與散熱風(fēng)扇產(chǎn)生了共振，所以此時(shí)感覺振動(dòng)更加明顯。

五、總結(jié)

1.振動(dòng)、噪音類故障的排除思路

車輛振動(dòng)和噪音故障診斷過程，就是振動(dòng)源的查找過程。找到振動(dòng)源，再分析振動(dòng)傳播的過程。原則上優(yōu)先查找振動(dòng)源，再依次是共振系、傳達(dá)系。

2.振動(dòng)源的查找方法

(1)如果發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)發(fā)生，與驅(qū)動(dòng)無關(guān)，振動(dòng)源可能在發(fā)動(dòng)機(jī)及其輔助裝置。拆卸發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶，故障消失，振動(dòng)源可能在發(fā)動(dòng)機(jī)輔助裝置。反之，在發(fā)動(dòng)機(jī)本身。如果振動(dòng)源在發(fā)動(dòng)機(jī)本身，振動(dòng)頻率一定與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)。

測(cè)量振動(dòng)頻率，對(duì)照旋轉(zhuǎn)部件(發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、交流發(fā)電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)等)的旋轉(zhuǎn)頻率，看是否對(duì)應(yīng)。如果能對(duì)應(yīng)，振動(dòng)源一般就是該旋轉(zhuǎn)部件。

(2)如果振動(dòng)和噪音與車速有關(guān)

慣性驅(qū)動(dòng)時(shí)發(fā)生，與扭力變動(dòng)無關(guān)，因?yàn)檫@時(shí)的驅(qū)動(dòng)力小，扭力變動(dòng)小。振動(dòng)源一般為汽車傳動(dòng)系旋轉(zhuǎn)部件不平衡振動(dòng)(發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸不平衡、傳動(dòng)軸不平衡、車輪不平衡、差速器不平衡、傳動(dòng)軸不平衡等)，再舉升車輛，故障消失，振動(dòng)源在車輪，故障仍在，再脫開傳動(dòng)軸，故障消失，振動(dòng)源在傳動(dòng)軸，故障仍在，振動(dòng)源在傳動(dòng)軸之前。脫開傳動(dòng)軸，故障消失，振動(dòng)源在傳動(dòng)軸和差速器，故障仍在，振動(dòng)源在傳動(dòng)軸之前。

慣性驅(qū)動(dòng)時(shí)不發(fā)生，大負(fù)荷驅(qū)動(dòng)時(shí)發(fā)生，也就是只在汽車傳動(dòng)系扭力變動(dòng)大時(shí)發(fā)生，說明振動(dòng)源為汽車傳動(dòng)系扭力變動(dòng)(發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸十字軸等)。

測(cè)量振動(dòng)頻率，對(duì)照旋轉(zhuǎn)部件(發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、傳動(dòng)軸等)和扭力變動(dòng)的頻率，看是否對(duì)應(yīng)。如果能對(duì)應(yīng)，振動(dòng)源一般就是該部件。

3.診斷工具

在鎖定的可能范圍內(nèi)，進(jìn)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(fā)生的部位后，用噪音儀距離約10cm檢測(cè)，確認(rèn)哪個(gè)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(chǎn)生部位。

故障發(fā)生條件確認(rèn)時(shí)，注意發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件、附屬設(shè)備的工作狀況(空調(diào)，轉(zhuǎn)向助力泵、ABS泵等)、外界環(huán)境(路面狀況、天氣等)等因素。