中鑫之寶汽車服務(wù)有限公司 任賀新

任賀新，Tech Gear 汽車診斷學(xué)院優(yōu)秀學(xué)員，現(xiàn)任中鑫之寶汽車服務(wù)有限公司技術(shù)經(jīng)理；2013 年通過一汽大眾技術(shù)培訓(xùn)師認(rèn)證；2013 年獲得奧迪十佳技術(shù)培訓(xùn)師榮譽(yù)稱號；2017 年被聘為第三屆汽車診斷師大賽星至寶賽區(qū)專家評委。

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

故障診斷接車后試車，發(fā)動機(jī)怠速時，坐在駕駛?cè)藗?cè)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(shù)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(guān)，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(xué)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(jìn)行診斷。

分析認(rèn)為該車可能的故障原因有以下幾種。

（1）發(fā)動機(jī)工作不良，某個或多個氣缸存在偶發(fā)性失火。

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

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

用故障檢測儀檢測，發(fā)動機(jī)控制單元中無故障代碼存儲；讀取發(fā)動機(jī)失火數(shù)據(jù)，怠速時4個氣缸的失火次數(shù)均為0次。為進(jìn)一步分析發(fā)動機(jī)的工作狀況，將WPS500壓力傳感器插入排氣管，測量發(fā)動機(jī)怠速時的排氣脈動波形（圖1，紅色為1缸點(diǎn)火信號，藍(lán)色為排氣脈動），發(fā)現(xiàn)排氣脈動非常均勻，說明發(fā)動機(jī)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(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和車速，自動計算振動與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、輪胎轉(zhuǎn)速及傳動軸轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，這樣能幫助維修人員查找振動源。若振動頻率跟輪胎轉(zhuǎn)動頻率相同，則說明振動是由跟輪胎轉(zhuǎn)速一致的部件引起的，故障點(diǎn)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(zhì)部件上。首先將三軸加速度傳感器吸附在駕駛?cè)藗?cè)座椅導(dǎo)軌上，測量駕駛?cè)藗?cè)座椅導(dǎo)軌上的振動（圖3），發(fā)現(xiàn)當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)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(fā)動機(jī)一階振動（E1）。

振動的強(qiáng)度用加速度表示，加速度越大，振動強(qiáng)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(nèi)的振動次數(shù)，單位為Hz（赫茲），例如1 s內(nèi)振動1次，振動頻率就是1 Hz。發(fā)動機(jī)一階振動（E1）是指曲軸每轉(zhuǎn)1圈振動發(fā)生1次，同理發(fā)動機(jī)二階振動（E2）就是曲軸每轉(zhuǎn)1圈振動發(fā)生2次。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1 083 r/min，對應(yīng)曲軸1 s內(nèi)約轉(zhuǎn)18圈，對應(yīng)的發(fā)動機(jī)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(fā)動機(jī)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?cè)藗?cè)座椅導(dǎo)軌上的振動（截屏）

圖4 故障車發(fā)動機(jī)上的振動（截屏）

表1 發(fā)動機(jī)怠速時在不同位置測量的振動結(jié)果

將三軸加速度傳感器吸附在發(fā)動機(jī)上，測量發(fā)動機(jī)上的振動（圖4），發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)怠速時（發(fā)動機(jī)怠速時的測量操作更方便，因此后續(xù)測量都是在發(fā)動機(jī)怠速時進(jìn)行的）的發(fā)動機(jī)一階振動（E1）的加速度為92.8mg，發(fā)動機(jī)二階振動（E2）的加速度為153mg，并存在以發(fā)動機(jī)二階振動（E2）頻率的倍數(shù)遞增的諧振。

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

分析認(rèn)為，在與曲軸轉(zhuǎn)速相同的旋轉(zhuǎn)部件中，雙質(zhì)量飛輪最容易出現(xiàn)問題。拆檢雙質(zhì)量飛輪，發(fā)現(xiàn)雙質(zhì)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(zhì)量飛輪后試車，車輛異常振動現(xiàn)象消失，故障排除。

故障總結(jié)（1）利用pico示波器和NVH套裝診斷異常振動故障的要點(diǎn)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(qiáng)度，判斷部件是否工作正常；對比緩沖裝置前后的振動強(qiáng)度，判斷緩沖裝置是否失效。

（2）直列4缸發(fā)動機(jī)能夠很好地平衡發(fā)動機(jī)一階振動（E1），但存在較大的發(fā)動機(jī)二階振動（E2），這是由發(fā)動機(jī)自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定的。大排量的直列4缸發(fā)動機(jī)會產(chǎn)生較大的發(fā)動機(jī)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(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，以平衡發(fā)動機(jī)二階振動（E2）。小排量的直列4缸發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的發(fā)動機(jī)二階振動（E2）相對較小，無需額外使用平衡軸，通過發(fā)動機(jī)支撐便可有效過濾發(fā)動機(jī)二階振動（E2）。在本案例中，故障車存在發(fā)動機(jī)一階振動（E1）故障，發(fā)動機(jī)支撐無法有效過濾這種振動，因此在車內(nèi)有明顯的振動感。

（3）不同結(jié)構(gòu)型式和氣缸數(shù)的發(fā)動機(jī)的振動特點(diǎn)各不相同。

（4）雙質(zhì)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(fā)動機(jī)側(cè)的位置上，起到原來飛輪的作用，用于起動和傳遞發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩，這一部分稱為初級質(zhì)量；另一部分則放置在變速器側(cè)，用于提高變速器的轉(zhuǎn)動慣量，這一部分稱為次級質(zhì)量；兩部分中間由彈簧減振器連接，從而有效隔離發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的振動轉(zhuǎn)矩，使從動部件平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖5 雙質(zhì)量飛輪的自由間隙過大