汽车共振分析

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汽车共振故障浅析
摘要：通过对卡车共振车处置经验的总结归纳，找出了卡车共振车的排查方法及解决思路，并就因轮胎变形造成共振的解决进行重点论述。
关键词：卡车；共振；排查
1 引言
随着国民收入的提高，道路条件的改善，用户对汽车的行驶平顺性提出了更高的要求。所谓汽车行驶平顺性，就是指汽车在一般行驶速度范围内行驶时，能保证乘员不会因车身振动而引起不舒服和疲劳的感觉，以及保持所运货物完整无损的性能。由于行驶平顺性主要是根据乘员的舒适程度来评价，又称为乘坐舒适性。
而汽车的共振将大大降低乘员的舒适性，甚至造成严重事故，进而对市场造成恶劣影响，可以说，汽车共振协调性的好坏，在一定程度上决定着汽车品质的好坏，直接影响汽车的销售市场。
本文通过对共振卡车处置案例的调查收集，初步找出了解决问题的方法，可供今后处置卡车共振车参考。
2 共振源的排查方法
2.1 共振车的共性问题
共振源可能来自发动机、传动系、转向系、悬架或轮胎等等，因此需一一排查，直至找到源头，方能解决问题。同时共振车通常具备以下共性：
（1）共振车通常路面越平，共振越剧烈，遇颠簸路面，则感觉不明显。人对振动的忍受度会受路面状况的影响，同样的振动条件下，路面越平越认为车的振动不可忍受。同时由于轮胎与颠簸路面接触时会产生不断变化的振源，改变了作用在车辆上振动特性，共振减弱或消失。
（2）通常车辆加载后，共振会减轻，特别是牵引车。一些用户为超载，通常把轮胎气压冲到很高（冲到14～16bar），空车时车辆容易产生上下跳动的现象。
（3）对于牵引车，挂车的共振会传递到主车，特别是目前改装厂良莠不齐的情况下，容易发生。
（4）对于如水泥搅拌车等车辆，罐体旋转时水泥砂浆会不断从高处跌落，造成车辆重心高度的周期性变化，车辆会产生上下跳动，此属正常现象，不是共振。
（5）液体运输车辆，若罐体内部的防冲击板设计不合理或损坏，车辆会产生周期性的抖动现象。
（6）做轮胎动平衡，加配重块，对减轻卡车共振的贡献不大，特别是一些车轮胎变形严重，根本无法做动平衡。
2.2 卡车共振车排查步骤
按照以下步骤，逐步排查出振源。
（1）仔细询问用户，获取尽可能多的信息，如发生故障的时间、是突然出现还是逐渐出现、发生故障前后车辆有无异常情况等。同时询问用户共振时车辆的速度、发动机转速、档位、载荷及共振描述（前后振动？上下振动？左右振动？其他振动？）等信息。
（2）对车辆进行预先检验。通常采取静态直观检查的方式，检查各部位悬架（发动机悬置、变速箱辅助支撑等）、减振机构、行驶系统等有无损坏或螺栓松动等问题并修复。建议做轮胎、传动轴的动平衡，检查刹车鼓是否有异物或变形，检查转向桥后倾角、前束是否满足要求，检查转向机构是否装配正确，检查减震器是否失效等。
（3）询问售后人员及用户，前期是否更换、维修、增减、调整过哪些部件，便于排查原因。准备对车辆进行路试，路试时尽可能的要求维修人员及用户一起试车，以便找出存在的问题。并注意用户的操作习惯和行驶条件，有时候用户反应的问题可能属于车辆的正常振动，属于可接受范围（例如一些用户习惯高档跑低速，致使发动机转速很低，由于马力不足，会产生类似发动机喘振的振动等）。
（4）检查其它同规格车辆，是否存在同样问题。若批量出现，则可能是设计或者某一产品件批量出现问题造成，对于成熟车型，发生的概率较低。
（5）车辆静止，挂空档，提高发动机转速，检查共振是否改变或增强，若无变化，则通常共振源不在发动机。若有改变，重点检查发动机。
（6）在与用户反映的共振故障路面条件相差不大的道路环境下进行路试，缓慢加速直至故障出现，记录此时的车速、发动机的转速等，保持车速不变，改变变速箱挡位，若无改变，则共振与车速有关，通常可排除离合器、变速箱的原因。若有改变，则通常共振与发动机转速有关。
（7）将车速提高至共振车速以上进行空档滑行、脱开离合器、关闭发动机（进行此测试一定注意安全，要在道路直行且无行人的路上进行），车速降低到共振车速后共振是否改变，若无改变，则共振源通常在悬架、桥或转向系统上。
（8）将车速提至故障车速，左、右转动方向盘，若共振改变，则可能转向系存在问题，通常驾驶员会感觉到方向盘抖动，重点排查转向节、转向杆系、轮毂、轮胎、前束、直行等有无异常。
（9）将车速提高至约80km/h，踩刹车并以不同的减速度实现车辆减速，若车辆出现抖动，则转向系存在问题，通常是由制动鼓失圆、左右制动力不均、前后桥制动时间不协调、车辆不直行、侧滑等造成。
（10）将驱动轮顶起，转向桥用垫块顶住（防止车辆冲出），起动发动机并达到共振车速，检查共振是否改变变化，检查传动轴是否剧烈跳动，若无变化且传动轴运行平稳，则通常共振点在驱动桥上。若传动轴剧烈跳动，则传动轴动平衡等存在问题，做传动轴动平衡。
（11）降低轮胎气压，检查发生时的振动车速、发动机转速等是否改变，改变到？
（12）检查轮胎的径向跳动量（图1），找出失圆的部件并标出高点，对失圆轮胎进行位置调整，并将两个失圆轮胎的高点叉开90度安装，路试检验是否改善。更换径向跳动量大的轮胎，路试检验是否改善。
（13）检查轮胎的横向跳动量（图2），若车辆存在左右抖动现象，将横向跳动量大的轮胎更换，路试检验是否改善。
（14）对于牵引车或带上装车辆（罐体车等），必要时进行加载或卸载后的路试，如加载后共振加剧，则排查上装或挂车是否存在问题。
3 常见共振的类型
对于进入市场的成熟车辆而言，出现因设计问题造成共振的几率不大，也就是说系统的匹配性一般不存在问题。目前常出现的共振有以下几种：
（1）制动时出现共振（发抖）。此种故障，较为单一，也比较容易发现，对于转向桥采用鼓式制动器的车型较易出现（制动鼓失圆等造成），通常伴随着车辆侧滑现象，一般由制动鼓失圆、左右制动力不均、前后桥制动时间不协调、车辆不直行侧滑、主销后倾角偏小等造成。
（2）方向盘抖动异常。此种故障是转向系故障的一种表现，同样伴随着转向轮吃胎现象，应重点排查转向节、转向杆系、轮毂、轮胎、前束、直行等有无异常。
（3）传动轴引起的共振。传动轴的动平衡出现问题，会引起车辆剧烈共振，将驱动轮顶起，车辆提速至共振车速时，传动轴会剧烈抖动。
（4）轮胎变形造成的车辆共振。此种类型的共振目前出现概率较高，但由于判别、处置存在较多困难，一旦处置不当，就成了疑难车辆，往往会造成用户退车，市场影响恶劣。下文重点论述此类故障的处置。
4 轮胎变形造成车辆共振的解决方法
4.1 造成轮胎变形的原因
车轮（俗称钢圈）、轮胎的非正常变形均可能造成轮胎变形。轮胎的变形主要在径向和横向两个方向上表现出来，即轮胎径向跳动量过大（俗称轮胎椭圆）或轮胎横向跳动量过大（轮胎左右发摆）。造成轮胎变形的原因主要是：
（1）钢圈或轮胎质量不合格。目前市场上充斥着大量的不合格品，通过肉眼难以区分，这也是处置该类故障时面临的一大难题，可能更换后新钢圈、轮胎的质量还不如旧的，造成判断方向出错。
（2）超载严重，长期在恶劣路面行驶，造成钢圈失圆，进而表现为轮胎失圆。
（3）轮胎被扎后变形。
4.2 轮胎变形造成共振的主要表现形式
（1）轮胎径向跳动量过大，易造成车辆上下及前后振动。
（2）轮胎横向跳动量过大，易造成车辆左右抖动。
4.3 轮胎变形共振车的处置方法
理想状态下，若因轮胎变形造成车辆共振，应全部更换变形的钢圈或轮胎，但由于钢圈、轮胎造价较高，更换势必造成数万元的维修费用。为减少维修费用，可采取测量轮胎跳动量后，将两个失圆轮胎的高点叉开90度安装的方法解决，即将轮胎由椭圆状态改变为接近圆状态下文结合一个实例进行论述。
4.3.1 故障车辆信息
（1）牵引车，驱动形式6×4，新车。空车状态下共振剧烈，加载挂车后共振减弱。
（2）故障描述：
车速30～40km/h，上下振动；40～50km/h ，振动减弱；50～60km/h，振动轻微；60～70km/h，振动增强；70～90km/h，振动严重，前后、左右剧烈抖动；车速＞90km/h后，振动减弱，超过110km/h后，振动基本消失。
4.3.2 解决过程
按照上文所述步骤进行排查，跟车进行路试，并进行脱档滑行等试验，初步排除发动机、变速箱的原因。结合前期同类故障车的排查经验，重点怀疑对象为轮胎椭圆。
利用行车将该车吊起，使其驱动轮完全脱离地面，进行原地试车，发现中桥左侧内轮胎、后桥4个轮胎有明显的椭圆现象，其中中桥左侧内轮胎最为严重且有左右摆动现象。当车速达到共振车速后，驾驶室内无明显振动现象，推断该车共振系轮胎失圆造成。
测量钢圈及轮胎的径向跳动量，前桥两个轮跳动量最大，达到7～8mm。7个跳动量较大（＞4mm）的轮胎中，3个为轮胎失圆造成，4个为钢圈失圆造成。
用油漆标记轮胎椭圆的高点，并将轮胎进行换位安装，其中高点叉90度安装（减轻轮胎椭圆的影响）。
轮胎换位后，进行路试，振动明显降低，除时速85～100km/h段仍有振动外，其余时速振动基本消失。至此基本确认该车共振原因系轮胎失圆造成。将存在问题的轮胎全部更换，再进行路试，共振完全消失。
5 后记：目前相关国家标准中，仅对钢圈的跳动量做了规定，按照规定重型卡车用钢圈径向及横向跳动量在2mm左右，而轮胎自身及与钢圈装配后整体的跳动量却处于缺失状态。如按照一些轮胎生产企业规定的跳动量≤2.5mm的要求，轮胎与钢圈装配后整体的跳动量应≤4.5mm，如按此标准，笔者曾进行随机检测，合格率为80%左右，如按照目前常见的驱动形式为6*4（装10个轮胎）的车型进行核算，则一辆车平均有≥2处激振点，结果令人堪忧，迫切需要制定相关行业及国家标准。

开垦者

汽车共振问题对于驾驶的平顺性和乘坐舒适性具有重要影响。通过对卡车共振问题的分析，我们可以得知共振的产生往往与多种因素有关，包括车辆设计、制造过程中的缺陷以及轮胎变形等。针对轮胎变形引起的共振问题，我们需要对轮胎进行定期检查和维护，确保其处于良好状态。此外，我们还应详细排查其他可能引发共振的因素，如发动机、悬挂系统、底盘结构等。针对这些关键问题，采取相应措施进行优化和改进，可以有效提升汽车的行驶平顺性和乘坐舒适性。针对汽车共振问题，我们需要进行深入研究和持续优化，确保汽车产品的质量和性能达到客户的期望。