汽車NVH常見問題分析及故障診斷思路(二)

◆文/江蘇 高惠民

(接上期)

風噪聲是汽車在高速行駛時車身周圍氣流和車身臺階及突出物引起空氣紊流而產生的。空氣紊流產生的氣流噪聲通過車門、密封條、車身板、門窗玻璃等傳到乘員耳朵里。風噪聲隨車速和風向而變化，車速越快，風噪聲越大，順風高速行駛時，風噪聲較小。產生風噪聲的車身部位如圖16所示。風噪聲可分為：紊流噪聲、漏氣噪聲、簧片噪聲、哨音噪聲和風顫振噪聲等，如圖17所示。

圖16 車身產生風噪聲的部位示意圖

圖17 風噪聲的類型

(1)紊流噪聲如圖18所示。臺階使氣流加速并產生紊流，引起空氣振動。此時，如果自然風變化，將產生紊流噪聲。空氣與截面A的端部相撞產生渦流，對車身產生壓力形成風噪聲；渦流在截面B對車身產生壓力形成風噪聲。

圖18 紊流噪聲示意圖

(2)漏氣噪聲如圖19所示。車身氣密性不好的部位或縫隙使車外部噪聲進入車內或車內空氣被吸到外部所產生漏氣噪聲。

圖19 漏氣噪聲示意圖

(3)簧片噪聲如圖20所示。空氣通過窄縫產生振動，又引發邊緣振動而產生簧片噪聲。

圖20 簧片噪聲示意圖

(4)哨音噪聲如圖21所示，空氣通過狹縫引起空氣加速形成的哨音噪聲。

圖21 哨音噪聲示意圖

(5)風顫振噪聲如圖22所示，開天窗行駛時，由分離的氣流產生紊流，該紊流又與進入車內的氣流產生共振，形成風顫噪聲。

圖22 風顫噪聲示意圖

(6)傳遞的噪聲如23所示，車身表面突出物把沿車身表面流動的氣流分離而產生紊流通過車身板等進入內部，這時乘員聽到的風噪聲。

圖23 傳遞的風噪聲示意圖

4.振動與噪聲傳遞路徑

汽車是個復雜的系統組成，同時受到多個激振力(振源)激勵，每種激振都可以通過不同的路徑，經過衰減傳遞到多個響應點。其傳遞路徑如圖24所示。

圖24 振動和噪聲傳遞路徑示意圖

汽車振動與噪聲按照傳遞路徑可定性分成兩大類:結構振動噪聲與空氣傳音。這兩大類噪聲的產生原理不同，故障排除的方法也不一樣。

(1)結構振動噪聲

結構振動噪聲(structure-borne NVH)是指汽車零部件在激振力(發動機或輪胎不平衡、道路路面崎嶇不平)的作用下會發生振動，振動會以彈性波的形式在相鄰的結構中傳播，使周圍空氣振動而產生輻射噪聲。當振動的頻率及振幅在人可感覺的范圍內時，人就感覺到振動的存在。當輻射噪聲的頻率及聲壓在人耳的聽覺范圍(0.02～20kHz)時，人便感覺到噪聲存在。結構振動噪聲的傳遞路徑如框圖25所示。

圖25 結構振動噪聲的傳遞路徑示意圖

激振力引起某個結構振動或共振(共振系統)，這種振動會經相鄰的結構稱為傳輸系統(如發動機支架、排氣管固定架等)的傳遞而達到車身，引起車身或其內部部件振動而發出噪聲。例如，發動機扭矩變化所引起的激振力，激起排氣管共振(共振系統)，其彈性波經過排氣管固定架(傳輸系統)的傳輸，引起車身的振動，并輻射噪聲至人耳。又例如輪胎的不平衡(激振力)激起懸架系統、轉向系統(共振系統)的振動，其彈性波經過控制臂的橡膠村套(傳輸系統)達到車身，引起方向盤、座椅、踏板等部件的振動。診斷這類振動或噪聲問題時，應從激振力、共振系統、傳輸系統、車身或其部件著手。

汽車常見的激振力有輪胎的不平衡、不均勻性、變形、傳動軸不平衡、道路不平度、發動機非均勻燃燒等。傳遞路徑包括共振系統和傳輸系統。因此，診斷時需要考慮激振力經過何種傳遞路徑達到車身，注意是否有零部件變形、損壞或松動、支架是否有裂痕、變形。表1是汽車結構振動噪聲可能故障原因檢查表。

表1 汽車結構振動噪聲可能故障原因

(2)空氣噪聲(空氣傳音)

空氣噪聲(airborne noise)是指如果噪聲不是以振動源彈性波的方式傳至車身，引起車身或零部件振動而產生的噪聲稱為空氣噪聲，也稱空氣傳音。常見的風噪聲、進排氣聲、風扇噪聲都屬于空氣噪聲，其形成如框圖26所示。

圖26 空氣傳音噪聲傳遞路徑示意圖

空氣噪聲主要包含：振動體表面輻射的噪聲，穿透車身的隔聲裝飾而傳到車內；空氣打在汽車上，因空氣流場變化所形成的噪聲(例如因孔、縫隙等，氣流通過會造成流場變化而產生噪聲)。因此，診斷這類噪聲時應從隔聲、吸音、消音以及檢查孔、縫隙著手。檢查空氣噪聲(空氣傳音)可能的故障原因采用的措施如表2。空氣傳音的頻率比結構振動噪聲要高，頻譜圖上的峰值頻率大于300Hz。

表2 空氣噪聲(空氣傳音)可能故障原因

二、振動與噪聲問題歸類及故障診斷和修理

1.汽車振動與噪聲問題歸類

汽車振動與噪聲問題千變萬化，按照汽車行駛(滑行)、停止、制動、起步等4種工況操作狀況再加上汽車異響，將汽車產生的振動和噪聲問題進行歸類，如圖27所示。診斷時首先判斷汽車振動和噪聲問題可能屬于哪一類，才能有效地尋找故障源。圖中的1代表結構振動噪聲，2代表空氣傳音。

圖27 汽車振動與噪聲問題大致歸類

2.汽車振動與噪聲診斷

根據汽車振動和噪聲傳遞路徑可知，振動和噪聲是振動源的振動(零部件受到激振)而產生的，通過傳遞系統使振動組件產生振動。切斷振動源和振動組件之間某處傳輸路徑就能消除噪聲或振動。當然最有效的方法是消除振動源本身。為了查明振動源，可以按照如圖28所示，建立NVH故障診斷思路，可采取的診斷方法有：通過駕駛試驗縮小可能的故障原因；使用五官感覺測試和噪聲振動儀器檢測分析；通過振動頻譜來估算振源頻率；消除可能的振動源。

通過駕駛試驗縮小可能的故障原因。根據以上振動和噪聲問題歸類的邏輯次序準確進行試驗，不僅可以檢查出在何種情況下為什么車輛會出現振動和噪聲，而且可以檢查出何種情況下振動和噪聲的不發生。例如，讓發動機高速運轉；換成空擋；把離合器踩下；打開空調；加速或減速；換擋瞬間等等試驗。以確定車輛產生振動和噪聲是否與發動機轉速或是車速有關，以及振動源引起車身或其他部件發出振動與噪聲的原因。

運用五官感覺的方法要想準確描述振動和噪聲是非常困難的。但是對兩個頻率進行對照是可行的，對照后判斷哪個高哪個低。也可以把當前存在的問題與過去經歷過的類似振動頻率進行對照，看它們是否相同。通過五種感官的清晰體現和頻率進行規定，縮小產生振動和噪聲原因的范圍。

圖28 NVH故障診斷思路圖

(未完待續)