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【摘要】车辆的异常振动是乘员能够感受的，直接影响乘坐体验，同时可能导致更严重的故障。本文针对车辆异常振动故障现象，分析了车辆振动的主要来源和产生机理，总结了车辆异常振动的原因，探讨了解决异常振动故障的一般方法。
【关键词】车辆；异常；振动；故障
【中图分类号】TH【文献标识码】A
【文章编号】1007-4309（2014）03-0049-2
振动问题是车辆设计、制造和使用中的必须面对的重要课题，是衡量汽车性能重要方面，是挑选和乘坐车辆时的首要感受。据统计，各大公司在这方面的研发费用约占20%，车辆后期使用中振动问题约占客户投诉问题的25%，同时约有1/3的故障问题与振动相关。
在车辆系统中，发动机、车身以及底盘都是通过弹性元件支承在车桥和轮胎上，组成弹性振动系统。整个车辆振动系统可以分为发动机振动、车身振动和底盘振动三个“弹性振动子系统”，也可以按照各总成部件分成多个子系统。当车速、行驶方向或路面不平度变化时，各个“弹性振动子系统”发生振动，并且相互之间存在关联。车辆振动问题涉及整车企业和零部件上产企业。设计时针对振动问题不仅与单个零部件本身有关，同时零部件之间以及零部件与整车之间都存在关联。车辆异常振动会导致某些部件的早期疲劳损坏，缩短使用寿命，同时还会影响车辆的平顺性和操纵稳定性，影响舒适度使驾驶员和乘员易疲劳，甚至引发车辆故障或事故。
车辆主要通过减振器使振幅衰减，降低行驶过程中较大的地面冲击振动，提高乘坐舒适性；当车辆各子系统振动频率接近时，会在整车或局部引起振幅的叠加，降低驾乘舒适性。接下来分析车辆振动的主要来源和产生机理。
一、动力总成引起的振动
由于发动机正常运转时，存在周期性惯性力矩和倾覆力矩两种不平衡激振源，同时，发动机的弹性支撑，进而产生振动。如4缸4冲程发动机曲轴每转1圈，就会产生2次惯性力矩和主次倾覆力矩，发动机支撑存在6个自由的运动。
二、旋转件不平衡量引起的振动
由于旋转部件在加工和安装过程中，产生不平衡量，进而由离心力产生激振力。不平衡量产生离心力由公式：确定，其中：为等效不平衡质量；为等效不平衡质量的当量旋转半径；为转速。从公式可以看出激振离心力随转速的增加而增加，一个微小的不平衡量会随着旋转件转速的迅速增加，产生出很大的激振离心力，因此针对旋转件的动态不平衡检查是解决车辆异常振动问题很常用手段。
三、齿轮系统产生的振动
车辆各系统中存在齿轮系统，有两个方面产生激振：一是由于齿轮本身轮齿啮合产生的激振，这主要是由于齿轮副啮合过程中是变刚度的；二是由于齿轮副两端动力部分（发动机或电动机）的振动以及负载变化和工作机构的振动引起的。
四、轮毂和轮胎引起的振动
如果轮毂和轮胎不均匀或者失圆，车轮在行驶中产生径向力和轴向力周期性的变化。当轮毂和轮胎产生的激振频率与车辆某子系统固有频率接近时，会在局部产生强烈的共振，进而导致车辆异常振动。这种激振力的频率与轮胎的滚动半径以及车速相关，所以这种原因引起的振动异常故障现象多与车速相关。针对异常振动故障诊断中对轮胎、轮毂失圆和不均匀性的检查非常重要，尤其是对轮胎动平衡性的检查和校准。
五、万向节引起的振动
万向节的损伤（如轴颈和端面磨损及轴承的磨损等）导致配合松旷，在工作中产生摆动和轴向窜动；降低传动轴的抗弯刚度，使传动轴的质量中心偏离旋转轴线，增加传动轴的振抖和异响。传统万向节（如单个十字轴万向节）具有不等速传动的特性，当等速传动条件的破坏或者动力传递角度增大时，产生的不平衡激振力增大。车辆行驶过程中万向节角度是不断变化的，进而激振力不断改变产生振动。现代汽车中使用逐渐使用的等速万向节大大降低这类振动发生的可能性。
在车辆日常使用中振动的感受是最直接的，即使是普通的驾驶员也能够觉察出车辆振动的异常。针对车辆异常振动问题的修复可能很简单很便宜，如车轮动平衡问题；也有可能是很昂贵的，如转向或悬架的振动问题。然而对于车辆异常振动问题，在故障早期阶段容易被忽视，但及时诊断故障往往能够避免车辆出现更大的问题，可以节省更多的维修费用。
常用的车辆振动检查和分析手段有模态分析、频谱分析、传递路径分析方法、阶次跟踪方法等，但对车辆振动系统复杂，以上方法分析效果、分析过程和工作量的矛盾。在车辆维修中，异常振动故障比较难以准确判断和检修。实际修理中更多依赖的经验以及零件更换。本文接下来将介绍车辆维修中异常振动的前五位的原因。
1．发动机
车辆的振动噪声源有很多，发动机是其中主要的因素之一。有时仅仅是由于发动机没有得到足够的空气、燃料或电火花，就会从发动机舱产生一个晃动或颤动。以下现象的振动都是与发动机相关：
（1）在车辆加速过程中发生发抖或振颤。
（2）一个特定的速度范围内车辆发生突然振颤。
（3）在一个时间段汽车启动并驱动良好，但随后开始异常振动。
这些现象可能是在表示是时候更换一套新的火花塞了。如果火花塞良好，则需要检查火花塞电线是否良好，或连接顺序是否真确。
检查空气滤清器是否脏污、燃料过滤器是否堵塞，这些可能会导致发动机所需的氧气或燃料不足。所以一定要厂家推荐的时间间隔检查或更换。
当感觉到从发动机仓传来的振动较原先大时，还要检查发动机支架橡胶垫（或其他吸收能量的材料），如果有外观磨损，及时更换；但有时橡胶可能是内部损坏，这时需要专业的检查。
2．车桥问题
车辆是由旋转和往复运动的部件组成，为了真确的运行，这些部件需要合理的尺寸和公差。在碰撞和其他事故中，车轴很容易弯曲，导致零件之间运动时产生挤压。这种原因的故障时，车辆的速度越快，振动的频率越高。
在后驱车辆中，还需要对驱动轴进行检查。这是由于发动的动力通过快速旋转的驱动轴传递到后桥以及车轮，如果驱动轴弯曲，也会导致车辆的异常振动。
磨损的等速万向节也会导致类似的问题。如果驱动轴两端的防尘没有破损且没有润滑脂流出，则万向节大都没有问题。但是，如果防尘罩断裂，这就意味着灰尘、污垢和道路上的杂物都会破坏万向节。对于前驱车辆，烧坏的万向节还意味着要跟换一根新的驱动轴。
车桥变形会导致车辆的异常振动，但如果只有在驾驶员踩制动时，才会有异常振动，那就是制动故障。
3．制动故障
当使用刹车时，车辆的异常振动加剧，那很有可能是制动盘扭曲。制动盘是圆形有关泽的部件，但是由于过多使用制动导致制动盘过热，进而导致制动盘严重变形和磨损。这时制动盘的表面高度会不同，这样制动钳或制动蹄与制动盘受力不均匀，制动就会产生异常振动。这时需要检查制动盘或制动蹄的使用情况。
4．轮毂问题
当驾驶员直接通过方向盘感受到车辆的异常振动时，一般会顺理成章的认为只是转向系对齐的问题。车辆一个或多个车轮在轮毂处摆振时，这种现象可能会有很多因素导致。这里我们假设每个车轮被牢固的真确安装在轮毂上。
这时，解决车轮振动的问题可能通过更换轮毂轴承。现代车辆轮毂轴承一般是全寿命的，但是如果车辆使用条件比典型的条件恶劣时（越野条件，经常极大加速度起车以及高里程数），轮毂轴承也会过度磨损。
另外一个情况是由于车轮跳动引起的，这有由于轮毂从完美的圆形变形。这时需要使用仪器测量车轮旋转时的跳动量是否超过一定的标准。这时解决办法一般是更换新的车轮。
车辆异常摆动的另一个来源是：转向拉杆与转向节连接的球形接头。如果球形接头过度磨损，导致转向轮存在过大自由摆动量。在车辆以一定速度行驶速度，这中导致很大的异常振动。
5．轮胎问题
轮胎问题是导致车辆异常振动的首要因素。轮胎问题导致车辆异常晃动、摆动和跳动的现象有很多，这里只给一些主要问题：
（1）车辆在一定的速度振动-需要轮胎动平衡。
（2）轮胎存在分离胎面-需要更换轮胎。
（3）不均匀的轮胎磨损-需要轮胎换位。
（4）轮胎“不圆”，且滚动不均匀-需要更换轮胎。
有时异常振动的原因不是轮胎，而是车轮周围包裹着杂物，同样会导致车辆行驶时产生异常振动。路面的坑洞和马虎道路维修两者同样危害车轮。
最后，值得注意的是：导致车辆异常振动的原因很多也很复杂，这五个原因不是车辆是振动的唯一罪魁祸首。当需要解决更复杂的异常振动问题时需要到专业汽车服务站。
【参考文献】
［1］庞剑，等．汽车噪声与振动——理论与应用［M］．北京：北京理工大学出版社，2006．
［2］林大渊．内燃机动力学［M］．北京：中国工业出版社，1961．
［3］Makoto Ishida，Takumi Ban，Kohei Iida．Effect of moderating friction of wheel/rail interface on vehicle/track dynamic behaviour［J］．Wear，2008，265（9-10）．
［4］张立军，等．制动力矩波动引起方向盘抖动的传递途径试验研究［J］．振动与冲击，2006，25（2）．
［5］李辉，等．瞬时频率估计的齿轮箱升降速信号阶次跟踪［J］．振动测试与诊断，2007，27（2）．
【关键词】车辆；异常；振动；故障
【中图分类号】TH【文献标识码】A
【文章编号】1007-4309（2014）03-0049-2
振动问题是车辆设计、制造和使用中的必须面对的重要课题，是衡量汽车性能重要方面，是挑选和乘坐车辆时的首要感受。据统计，各大公司在这方面的研发费用约占20%，车辆后期使用中振动问题约占客户投诉问题的25%，同时约有1/3的故障问题与振动相关。
在车辆系统中，发动机、车身以及底盘都是通过弹性元件支承在车桥和轮胎上，组成弹性振动系统。整个车辆振动系统可以分为发动机振动、车身振动和底盘振动三个“弹性振动子系统”，也可以按照各总成部件分成多个子系统。当车速、行驶方向或路面不平度变化时，各个“弹性振动子系统”发生振动，并且相互之间存在关联。车辆振动问题涉及整车企业和零部件上产企业。设计时针对振动问题不仅与单个零部件本身有关，同时零部件之间以及零部件与整车之间都存在关联。车辆异常振动会导致某些部件的早期疲劳损坏，缩短使用寿命，同时还会影响车辆的平顺性和操纵稳定性，影响舒适度使驾驶员和乘员易疲劳，甚至引发车辆故障或事故。
车辆主要通过减振器使振幅衰减，降低行驶过程中较大的地面冲击振动，提高乘坐舒适性；当车辆各子系统振动频率接近时，会在整车或局部引起振幅的叠加，降低驾乘舒适性。接下来分析车辆振动的主要来源和产生机理。
一、动力总成引起的振动
由于发动机正常运转时，存在周期性惯性力矩和倾覆力矩两种不平衡激振源，同时，发动机的弹性支撑，进而产生振动。如4缸4冲程发动机曲轴每转1圈，就会产生2次惯性力矩和主次倾覆力矩，发动机支撑存在6个自由的运动。
二、旋转件不平衡量引起的振动
由于旋转部件在加工和安装过程中，产生不平衡量，进而由离心力产生激振力。不平衡量产生离心力由公式：确定，其中：为等效不平衡质量；为等效不平衡质量的当量旋转半径；为转速。从公式可以看出激振离心力随转速的增加而增加，一个微小的不平衡量会随着旋转件转速的迅速增加，产生出很大的激振离心力，因此针对旋转件的动态不平衡检查是解决车辆异常振动问题很常用手段。
三、齿轮系统产生的振动
车辆各系统中存在齿轮系统，有两个方面产生激振：一是由于齿轮本身轮齿啮合产生的激振，这主要是由于齿轮副啮合过程中是变刚度的；二是由于齿轮副两端动力部分（发动机或电动机）的振动以及负载变化和工作机构的振动引起的。
四、轮毂和轮胎引起的振动
如果轮毂和轮胎不均匀或者失圆，车轮在行驶中产生径向力和轴向力周期性的变化。当轮毂和轮胎产生的激振频率与车辆某子系统固有频率接近时，会在局部产生强烈的共振，进而导致车辆异常振动。这种激振力的频率与轮胎的滚动半径以及车速相关，所以这种原因引起的振动异常故障现象多与车速相关。针对异常振动故障诊断中对轮胎、轮毂失圆和不均匀性的检查非常重要，尤其是对轮胎动平衡性的检查和校准。
五、万向节引起的振动
万向节的损伤（如轴颈和端面磨损及轴承的磨损等）导致配合松旷，在工作中产生摆动和轴向窜动；降低传动轴的抗弯刚度，使传动轴的质量中心偏离旋转轴线，增加传动轴的振抖和异响。传统万向节（如单个十字轴万向节）具有不等速传动的特性，当等速传动条件的破坏或者动力传递角度增大时，产生的不平衡激振力增大。车辆行驶过程中万向节角度是不断变化的，进而激振力不断改变产生振动。现代汽车中使用逐渐使用的等速万向节大大降低这类振动发生的可能性。
在车辆日常使用中振动的感受是最直接的，即使是普通的驾驶员也能够觉察出车辆振动的异常。针对车辆异常振动问题的修复可能很简单很便宜，如车轮动平衡问题；也有可能是很昂贵的，如转向或悬架的振动问题。然而对于车辆异常振动问题，在故障早期阶段容易被忽视，但及时诊断故障往往能够避免车辆出现更大的问题，可以节省更多的维修费用。
常用的车辆振动检查和分析手段有模态分析、频谱分析、传递路径分析方法、阶次跟踪方法等，但对车辆振动系统复杂，以上方法分析效果、分析过程和工作量的矛盾。在车辆维修中，异常振动故障比较难以准确判断和检修。实际修理中更多依赖的经验以及零件更换。本文接下来将介绍车辆维修中异常振动的前五位的原因。
1．发动机
车辆的振动噪声源有很多，发动机是其中主要的因素之一。有时仅仅是由于发动机没有得到足够的空气、燃料或电火花，就会从发动机舱产生一个晃动或颤动。以下现象的振动都是与发动机相关：
（1）在车辆加速过程中发生发抖或振颤。
（2）一个特定的速度范围内车辆发生突然振颤。
（3）在一个时间段汽车启动并驱动良好，但随后开始异常振动。
这些现象可能是在表示是时候更换一套新的火花塞了。如果火花塞良好，则需要检查火花塞电线是否良好，或连接顺序是否真确。
检查空气滤清器是否脏污、燃料过滤器是否堵塞，这些可能会导致发动机所需的氧气或燃料不足。所以一定要厂家推荐的时间间隔检查或更换。
当感觉到从发动机仓传来的振动较原先大时，还要检查发动机支架橡胶垫（或其他吸收能量的材料），如果有外观磨损，及时更换；但有时橡胶可能是内部损坏，这时需要专业的检查。
2．车桥问题
车辆是由旋转和往复运动的部件组成，为了真确的运行，这些部件需要合理的尺寸和公差。在碰撞和其他事故中，车轴很容易弯曲，导致零件之间运动时产生挤压。这种原因的故障时，车辆的速度越快，振动的频率越高。
在后驱车辆中，还需要对驱动轴进行检查。这是由于发动的动力通过快速旋转的驱动轴传递到后桥以及车轮，如果驱动轴弯曲，也会导致车辆的异常振动。
磨损的等速万向节也会导致类似的问题。如果驱动轴两端的防尘没有破损且没有润滑脂流出，则万向节大都没有问题。但是，如果防尘罩断裂，这就意味着灰尘、污垢和道路上的杂物都会破坏万向节。对于前驱车辆，烧坏的万向节还意味着要跟换一根新的驱动轴。
车桥变形会导致车辆的异常振动，但如果只有在驾驶员踩制动时，才会有异常振动，那就是制动故障。
3．制动故障
当使用刹车时，车辆的异常振动加剧，那很有可能是制动盘扭曲。制动盘是圆形有关泽的部件，但是由于过多使用制动导致制动盘过热，进而导致制动盘严重变形和磨损。这时制动盘的表面高度会不同，这样制动钳或制动蹄与制动盘受力不均匀，制动就会产生异常振动。这时需要检查制动盘或制动蹄的使用情况。
4．轮毂问题
当驾驶员直接通过方向盘感受到车辆的异常振动时，一般会顺理成章的认为只是转向系对齐的问题。车辆一个或多个车轮在轮毂处摆振时，这种现象可能会有很多因素导致。这里我们假设每个车轮被牢固的真确安装在轮毂上。
这时，解决车轮振动的问题可能通过更换轮毂轴承。现代车辆轮毂轴承一般是全寿命的，但是如果车辆使用条件比典型的条件恶劣时（越野条件，经常极大加速度起车以及高里程数），轮毂轴承也会过度磨损。
另外一个情况是由于车轮跳动引起的，这有由于轮毂从完美的圆形变形。这时需要使用仪器测量车轮旋转时的跳动量是否超过一定的标准。这时解决办法一般是更换新的车轮。
车辆异常摆动的另一个来源是：转向拉杆与转向节连接的球形接头。如果球形接头过度磨损，导致转向轮存在过大自由摆动量。在车辆以一定速度行驶速度，这中导致很大的异常振动。
5．轮胎问题
轮胎问题是导致车辆异常振动的首要因素。轮胎问题导致车辆异常晃动、摆动和跳动的现象有很多，这里只给一些主要问题：
（1）车辆在一定的速度振动-需要轮胎动平衡。
（2）轮胎存在分离胎面-需要更换轮胎。
（3）不均匀的轮胎磨损-需要轮胎换位。
（4）轮胎“不圆”，且滚动不均匀-需要更换轮胎。
有时异常振动的原因不是轮胎，而是车轮周围包裹着杂物，同样会导致车辆行驶时产生异常振动。路面的坑洞和马虎道路维修两者同样危害车轮。
最后，值得注意的是：导致车辆异常振动的原因很多也很复杂，这五个原因不是车辆是振动的唯一罪魁祸首。当需要解决更复杂的异常振动问题时需要到专业汽车服务站。
【参考文献】
［1］庞剑，等．汽车噪声与振动——理论与应用［M］．北京：北京理工大学出版社，2006．
［2］林大渊．内燃机动力学［M］．北京：中国工业出版社，1961．
［3］Makoto Ishida，Takumi Ban，Kohei Iida．Effect of moderating friction of wheel/rail interface on vehicle/track dynamic behaviour［J］．Wear，2008，265（9-10）．
［4］张立军，等．制动力矩波动引起方向盘抖动的传递途径试验研究［J］．振动与冲击，2006，25（2）．
［5］李辉，等．瞬时频率估计的齿轮箱升降速信号阶次跟踪［J］．振动测试与诊断，2007，27（2）．