車輛詳細(xì)信息：瑪莎拉蒂總裁
發(fā)動(dòng)機(jī)代碼： M139R
年份：2010
癥狀：乘客艙振動(dòng)
發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)
作者：Steve Smith |Pico Technology

因?yàn)槿祟惡茈y將電或振動(dòng)形象化，因此只能傾向于經(jīng)歷兩者產(chǎn)生的影響。例如，我們感覺到熱是因?yàn)殡娏魍ㄟ^了一個(gè)加熱元件或者我們感覺到顫動(dòng)是因?yàn)檎駝?dòng)施加于一個(gè)部件上。為了測(cè)量和展示這些影響含有的能量，我們可以應(yīng)用示波器。

使用示波器有兩大主要技巧，第一個(gè)是捕捉（示波器設(shè)置等等），另一個(gè)是對(duì)捕捉數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。振動(dòng)分析是沒有什么例外的，雖然它可能是一個(gè)難以把握的概念，但它與測(cè)量電路的電壓沒有什么不同。我們應(yīng)用相關(guān)的探頭和設(shè)置，測(cè)量我們能夠感覺到的能量的影響（振動(dòng)）。

對(duì)于大多數(shù)人來說，Pico汽車振動(dòng)診斷依然處于初期階段，但我使用NVH工具和分析結(jié)果的次數(shù)越多，我能發(fā)現(xiàn)的東西也越多。

下面是瑪莎拉蒂總裁的一個(gè)案例，高級(jí)技師賽的冠軍 Stuart White 和我很高興能對(duì)它進(jìn)行診斷，更重要的是能對(duì)它進(jìn)行矯正。

Stuart是一家綜合汽車保養(yǎng)店（CCM）的老板，提到一個(gè)顧客抱怨上述車輛在靜止或行駛過程中達(dá)到1600rpm時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。

振動(dòng)診斷的困難是我們對(duì)它的解釋都不一樣（這就是為什么我們應(yīng)該去測(cè)量而不是去猜想）。但是對(duì)于這輛車，我們不可否認(rèn)一個(gè)大的振動(dòng)產(chǎn)生于特定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍。從1450rpm開始到1700rpm，振動(dòng)是很明顯的，在1600rpm時(shí)達(dá)到振動(dòng)峰值。

拿出PicoDiagnostics 的NVH工具，遵照NVH軟件里的操作指引，我們可輕松地測(cè)量到振動(dòng)的頻率和幅值。

獲取發(fā)動(dòng)機(jī)速度是任何振動(dòng)分析的基石，因?yàn)檫@是我們計(jì)算所有振動(dòng)的源頭。汽車上所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的頻率都可以通過發(fā)動(dòng)機(jī)速度、傳動(dòng)比/差速比和輪胎尺寸計(jì)算得到。

在這一個(gè)案例中，車輛靜止時(shí)這個(gè)振動(dòng)來自發(fā)動(dòng)機(jī)，所以通過我們的ELM線將發(fā)動(dòng)機(jī)速度輸入NVH軟件中足夠可以計(jì)算出振動(dòng)僅是由引擎引起的（ELM線使用J2534協(xié)議通過OBD插口請(qǐng)求VIN、發(fā)動(dòng)機(jī)及行駛速度數(shù)據(jù)）

加速度計(jì)最初被安放在右手邊 組合板上（發(fā)動(dòng)機(jī)艙）由于這種右舵車輛的駕駛室位置就在這里，所以這里似乎是比較受關(guān)注的區(qū)域。

很快我們的振動(dòng)頻率和幅值就出現(xiàn)了，并且顯示了一個(gè)不同尋常的振動(dòng)峰值，其在40.38Hz處超過了116mg(記住 RPM/60=Hz).

振動(dòng)的位置顯示為“發(fā)動(dòng)機(jī)階次”E1.5（發(fā)動(dòng)機(jī)速度的1.5倍）



以下的頻譜圖代表了振動(dòng)的高幅值為1.5*發(fā)動(dòng)機(jī)速度：



以一個(gè)四沖程四缸發(fā)動(dòng)機(jī)為例，來解釋發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)階次。首先，所有的振動(dòng)階次都以單位g（重力加速度）來進(jìn)行測(cè)量。我們正在研究的振動(dòng)級(jí)是振幅單位為mg（g的千分之一），振動(dòng)速度表示為Hz。

E1（發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的第一階）就是簡(jiǎn)單的發(fā)動(dòng)機(jī)速度，用Hz表示(E1*60=RPM)。E1振動(dòng)可以歸因?yàn)榕c發(fā)動(dòng)機(jī)速度相關(guān)的部件如飛輪和皮帶輪產(chǎn)生的。

通常來說，E2（發(fā)動(dòng)機(jī)二階振動(dòng)）發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)速度的兩部處，代表振動(dòng)的最高級(jí)（對(duì)四缸發(fā)動(dòng)機(jī)），曲軸的每次轉(zhuǎn)動(dòng)都會(huì)有兩個(gè)燃燒的過程(曲柄受到兩個(gè)沖擊)，生成一個(gè)典型的高E2。E2振動(dòng)級(jí)可歸因于在兩倍的發(fā)動(dòng)機(jī)速度時(shí)的燃燒過程或部件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

對(duì)于6缸發(fā)動(dòng)機(jī)，E3（不是E2）將會(huì)是最高級(jí)的振動(dòng)，對(duì)于8缸發(fā)動(dòng)機(jī)，同樣的E4將會(huì)是最高級(jí)的振動(dòng)，這個(gè)案例中的瑪莎拉蒂應(yīng)該就是這樣的。

在E0.5處檢測(cè)到的高振動(dòng)級(jí)可歸因于轉(zhuǎn)速為發(fā)動(dòng)機(jī)速度一半的部件，像如凸輪軸和相關(guān)輔助設(shè)備。再回到我們的瑪莎拉蒂上，什么部件會(huì)導(dǎo)致發(fā)生不尋常的E1.5階振動(dòng)，我們?cè)鯓硬拍苷业皆肼曉茨?？從以上的信息我們發(fā)現(xiàn)高E1.5階次應(yīng)該是3缸發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)致的，然而這里我們擁有的是V8的氣缸。

下面的柱狀圖表示了E1.5高級(jí)的振動(dòng)及相關(guān)的幫助文檔：



在開始我們的工作以前，就像任何診斷一樣，我們絕對(duì)不能忽視最基本的檢查。發(fā)動(dòng)機(jī)燃油和冷卻液液位要確認(rèn)是正確的；同時(shí)軟管、支架、線路線束和發(fā)動(dòng)機(jī)懸置都必須要檢查確認(rèn)是安全的，底盤的污垢和干擾也要注意檢查。

氣缸的壓縮、平衡及排放也必須要確認(rèn)井然有序，并且移除蛇形傳送帶可消除任何輔助驅(qū)動(dòng)部件。振動(dòng)依然很明顯，情況也變得越來越嚴(yán)重。現(xiàn)在是時(shí)候來評(píng)估一下我們發(fā)動(dòng)機(jī)的原理圖并找出哪個(gè)部件以發(fā)動(dòng)機(jī)速度的1.5倍在旋轉(zhuǎn)。

仔細(xì)觀察正時(shí)齒輪/正時(shí)鏈的布置，可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)精心設(shè)計(jì)的發(fā)動(dòng)機(jī)油泵傳動(dòng)裝配。這個(gè)油泵的位置遠(yuǎn)離正時(shí)齒輪（在發(fā)動(dòng)機(jī)的右后方），通過一個(gè)六角形的驅(qū)動(dòng)軸連接。觀察油泵驅(qū)動(dòng)齒輪和曲軸正時(shí)齒輪之間的關(guān)系，我們得出一個(gè)簡(jiǎn)單的1:1的驅(qū)動(dòng)比。這樣的比值應(yīng)該會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)一階（E1）時(shí)產(chǎn)生基礎(chǔ)的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，但也會(huì)產(chǎn)生其他的振動(dòng)（諧振），這取決于傳到油泵驅(qū)動(dòng)和組件上的振動(dòng)。聯(lián)想到我們4缸發(fā)動(dòng)機(jī)的E1和E2：E1是基礎(chǔ)振動(dòng)，E2是E1的諧振，是由于在發(fā)動(dòng)機(jī)速度時(shí)燃燒沖擊傳到曲軸上導(dǎo)致的。



油泵驅(qū)動(dòng)裝置

所以在答應(yīng)維修以前我們?cè)趺创_認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)的這個(gè)區(qū)域。這個(gè)簡(jiǎn)單的答案是“我們不能”。然而我們能夠搜索發(fā)動(dòng)機(jī)周圍振動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域（這里我們開始使用加速度計(jì)，就像一個(gè)聽診器一樣）。



生成一個(gè)振動(dòng)我們需要一個(gè)激振力如發(fā)動(dòng)機(jī)，一個(gè)傳輸路徑如排氣裝置，以及一個(gè)振動(dòng)元件如車身。

這里毫無疑問；我們肯定這輛車需要支付巨大的修理費(fèi)。我們獲取的任何診斷結(jié)果都可以使得Stuart 和我信服，即這個(gè)引擎需要被拆卸下來。

記住，最好在拆卸之前利用我們已有的事實(shí)故障來進(jìn)行診斷。一旦發(fā)動(dòng)機(jī)被拆卸下來，我們?cè)傧霃?fù)原這個(gè)故障就不是那么容易了。

記錄相同位置處的修理前后的振動(dòng)級(jí)（幅值）能夠比單獨(dú)使用我們自身的感官提供更加客觀的測(cè)試結(jié)果，因?yàn)槲覀兠總€(gè)人對(duì)振動(dòng)的理解都是不同的。

我們知道激振力是引擎，并且最可能的傳輸路徑是排氣。加速度計(jì)的仔細(xì)定位能很快揭示右下側(cè)排氣安裝支架的E1.5階振動(dòng)的最大幅值，這保證了振動(dòng)能從排氣系統(tǒng)傳到傳動(dòng)裝置。

我們細(xì)想一下駕駛員抱怨發(fā)生振動(dòng)的座位位置（這是一個(gè)右舵車），現(xiàn)在我們知道發(fā)動(dòng)機(jī)油泵的速度和位置以及相關(guān)的傳遞路徑。我們能夠看到一個(gè)模式正在形成.......甚至將加速度計(jì)安裝在組合板左手邊面板產(chǎn)生的振動(dòng)級(jí)比右手邊面板低。Pico NVH工具箱真正的優(yōu)點(diǎn)在于我們能夠快速精確的進(jìn)行振動(dòng)的測(cè)量而不帶任何假設(shè)。

當(dāng)在診斷中評(píng)估任何車輛時(shí)，對(duì)比測(cè)試都是非常重要的。使用PicoScope我們能夠以一種制造商注意不到的方法進(jìn)行測(cè)試和測(cè)量車輛。我的意思是說我們對(duì)組件的操作和行為功能有一個(gè)動(dòng)態(tài)的了解，我們只是沒有技術(shù)數(shù)據(jù)來證實(shí)我們的結(jié)論。例如，多少制造商引用他們的車輛在不同的發(fā)動(dòng)機(jī)速度和駕駛速度時(shí)的振動(dòng)水平？我們是幸運(yùn)的，Stuart已經(jīng)證實(shí)了這輛瑪莎拉蒂在特定的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)有明顯的車艙振動(dòng)特征，但是這種可預(yù)見的水平符合這種高性能發(fā)動(dòng)機(jī)的類型。

當(dāng)試圖減少這種振動(dòng)級(jí)時(shí)，我們應(yīng)將我們的注意力集中在哪？車身是振動(dòng)元件但我們不能簡(jiǎn)單的斷開車內(nèi)地板等來提高振動(dòng)水平。排氣系統(tǒng)是我們的傳輸路徑但是它只是簡(jiǎn)單的傳遞來自發(fā)動(dòng)機(jī)的多余的振動(dòng)。因此我們還是需要處理振動(dòng)源（發(fā)動(dòng)機(jī)），而它是這個(gè)案例中最好的鍛煉，如果忽視了它可能會(huì)導(dǎo)致重大的損失。

總結(jié)一下我們知道的事情：

· 抱怨車身在1600rpm時(shí)會(huì)有振動(dòng)，可在駕馭員位置，車內(nèi)地板及方向盤處感覺到；

· 在右手排氣安裝支架螺栓處可測(cè)量到振動(dòng)的最高水平；

· 在E1.5處發(fā)生最高振動(dòng)水平（1.5*發(fā)動(dòng)機(jī)速度）；

· 在發(fā)動(dòng)機(jī)線束、管道、電纜及車體處沒有污染；

· 沒有失火或各缸不均勻、沒有故障碼及具有良好的排放；

· 沒有由附件引導(dǎo)產(chǎn)生的振動(dòng)（輔助傳動(dòng)皮帶斷開連接）；

· 燃油泵的位置可以測(cè)到最高的振動(dòng)（右手邊后油底殼）。

為了揭示組件到汽缸體的連接（特別是油泵），帶著以上所有信息我們有足夠的證據(jù)要求移除油底殼。移除油底殼以后，沒有再進(jìn)行進(jìn)一步的振動(dòng)測(cè)量，而這也強(qiáng)調(diào)了在定論前進(jìn)行的所有操作的重要性。



把燃油泵或驅(qū)動(dòng)移除是為了能夠接近和檢查曲軸箱內(nèi)所有可以看得見的部件并確保良好的安全性（螺栓檢查），以及沒有明顯的干擾/證明標(biāo)記。這一切都還不錯(cuò)。

鑒于E1.5是我們要考慮的振動(dòng)問題，燃油泵隨后被拆卸下來并測(cè)量了其中的一些磨損情況：泵殼體及驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子之間，驅(qū)動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子之間以及驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子側(cè)間隙間。同時(shí)，對(duì)泵殼體來說有一些可見的痕跡證據(jù)，所有的測(cè)量都是正確的（鑒于發(fā)動(dòng)機(jī)沒有遭受任何相關(guān)的油壓?jiǎn)栴}，這里沒有真正的驚喜。）









由于泵裝置里沒有故障，我們的注意力轉(zhuǎn)移到六角形的泵驅(qū)動(dòng)軸上。查看六角泵驅(qū)動(dòng)軸兩邊的安裝點(diǎn)位置，我們能夠清晰的看到驅(qū)動(dòng)器上的磨損標(biāo)記，這是由于油壓產(chǎn)生時(shí)來自正時(shí)齒輪和泵對(duì)面的驅(qū)動(dòng)推力導(dǎo)致。

這兩種力是相對(duì)的，最后導(dǎo)致了油泵驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)及機(jī)油的密封增壓。六角驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，在驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子之前，會(huì)有過度的自由轉(zhuǎn)動(dòng)（反沖）。六角驅(qū)動(dòng)軸兩端的驅(qū)動(dòng)面的磨損標(biāo)記代表了驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子和正時(shí)齒輪之間的不同的接觸區(qū)域，在六角驅(qū)動(dòng)中表明了磨損和變形。

我們將直尺和測(cè)隙規(guī)應(yīng)用于六角驅(qū)動(dòng)來突出任何變形，并且對(duì)油泵驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子返回一個(gè)0.076mm的值（這個(gè)測(cè)量是不規(guī)范的）。

所以現(xiàn)在我們決定基于我們的目測(cè)、振動(dòng)測(cè)試結(jié)果及進(jìn)行的測(cè)量來替換周圍一些部件。在這些信息中，1.5*發(fā)動(dòng)機(jī)速度（E1.5）時(shí)振動(dòng)明顯。

我們知道曲軸不平衡會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)第一階振動(dòng)（E1），并且我們的曲軸由于燃燒（4*動(dòng)力沖程 每轉(zhuǎn)）會(huì)受到發(fā)動(dòng)機(jī)四階振動(dòng)（E4），這兩個(gè)與我們的測(cè)試結(jié)果都是不相關(guān)的。

在發(fā)動(dòng)機(jī)速度（與曲軸比例為1:1）時(shí)油泵驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，但是會(huì)經(jīng)受6個(gè)脈沖，這是由驅(qū)動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子之間的燃油壓縮造成的。這將會(huì)是6階發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)（E6）并且其中一個(gè)是不明顯的。在六角驅(qū)動(dòng)上的油泵負(fù)載及部分扭轉(zhuǎn)/磨損能否產(chǎn)生E1.5的振動(dòng)？

油泵和驅(qū)動(dòng)負(fù)載施加于有良好接觸面的六角驅(qū)動(dòng)上將會(huì)產(chǎn)生很小的振動(dòng)甚至沒有振動(dòng)產(chǎn)生，然而負(fù)載施加于磨損的六角驅(qū)動(dòng)面上可能會(huì)產(chǎn)生噪聲/振動(dòng)（記住振動(dòng)和噪聲是一回事）





基于維修的成本來更換燃油泵、六角驅(qū)動(dòng)和正時(shí)齒輪，客戶只同意更換燃油泵和六角驅(qū)動(dòng)。作為除去正時(shí)鏈條的結(jié)果，更換正時(shí)齒輪會(huì)大大增加勞動(dòng)成本。

重新裝配后的效果變得立即明顯，在六角驅(qū)動(dòng)和油泵驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子之間有最小的轉(zhuǎn)動(dòng)，而這導(dǎo)致了驅(qū)動(dòng)會(huì)瞬間轉(zhuǎn)移到油泵。發(fā)動(dòng)機(jī)被重新組裝過，并且加速度計(jì)放置在相同的位置來測(cè)量1600rpm時(shí)的振動(dòng)級(jí)。





在1600rpm時(shí)整車的振動(dòng)級(jí)已經(jīng)有所改善（不能完全清除），并且獲得的值能夠充分說明這點(diǎn)，在修理前是113mg，修理后是6mg。

綜合六角驅(qū)動(dòng)面的磨損、六角驅(qū)動(dòng)軸及油泵驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子之間的間隙以及正時(shí)齒輪和驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子之間的六角驅(qū)動(dòng)的一致性，這些都可以導(dǎo)致過度的E1.5階發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生。

這里值得注意的是，通過我們對(duì)振動(dòng)的評(píng)估，我們可能排除許多基于他們各自的振動(dòng)頻率振動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)部件。我們正在從一系列部件中尋找一個(gè)能夠?qū)е翬1.5階振動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)部件，然而，這些部件都是以其他的頻率旋轉(zhuǎn)。

事后來看，在修理前后使用WPS5000壓力傳感器分析發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力的波動(dòng)是一件很奇妙的事情。我們是否能夠看到由于油泵驅(qū)動(dòng)的磨損導(dǎo)致的在1600rpm時(shí)油壓的波形？我想我們永遠(yuǎn)不會(huì)知道但值得考慮的是現(xiàn)在我們擁有PicoScope和所有可用的新的測(cè)試技巧。

再一次，它不僅證明了什么是振動(dòng)，而且也迅速證明了什么不是振動(dòng)，這都是非常寶貴的。

修理前后的客觀結(jié)果已經(jīng)被證明是非常重要的，因?yàn)樵?600rpm時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)依然是明顯的，但已經(jīng)得到大大的改善，將我們的NVH工具箱提供的確鑿的證據(jù)進(jìn)行備份并確認(rèn)維修。非常感謝Stuart在這個(gè)充滿挑戰(zhàn)的案例研究中給予的幫助和支持。

原文鏈接：https://bbs.qichebo.com/forum.php?mod=viewthread&tid=66320&extra=page%3D1

編者按：本文表明，車輛磨損（耐久）后發(fā)生的振動(dòng)噪聲特征信號(hào)與常見的振動(dòng)階次激勵(lì)不同，需要詳細(xì)研究該振動(dòng)噪聲發(fā)生的原因。不同學(xué)科專業(yè)之間的交叉研究對(duì)車輛開發(fā)是必要的，是需要進(jìn)行深入研究的。