汽車行駛中異響產(chǎn)生機(jī)理與預(yù)防措施研究

摘要：汽車行駛中的異響不僅影響駕駛品質(zhì)和整車口碑，還可能預(yù)示著潛在的安全隱患。本文通過對(duì)汽車行駛中異響的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行深入研究，分析了發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等關(guān)鍵部件的異響產(chǎn)生原因，針對(duì)部分異響問題提出了相應(yīng)的預(yù)防措施及處理方法。希望本研究對(duì)汽車行業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：汽車行駛；異響；產(chǎn)生機(jī)理；預(yù)防措施；處理方法

中圖分類號(hào)： U472.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

在汽車行業(yè)， 異響是3 個(gè)英文單詞（Buzz、Squeak 和Rattle）翻譯而來。按中文的意思理解，在很多時(shí)候誤導(dǎo)了普通人，甚至包括汽車工程師，因?yàn)槿藗冇X得汽車上只要是異常的聲音就是異響。異響是指在受到來自路面、動(dòng)力總成以及環(huán)境的激勵(lì)，單個(gè)零件共振以及兩個(gè)零件摩擦或撞擊產(chǎn)生異常的聲音（圖1）。整車異響主要分為以下3 類。

（1）顫振聲（Buzz）。單個(gè)零件在外部激勵(lì)作用下，共振和空氣產(chǎn)生聲音即為Buzz 聲，形象描述為昆蟲拍打翅膀的聲音，如嗡嗡聲。Buzz 聲產(chǎn)生的機(jī)理如圖1a 所示。

（2）摩擦聲（Squeak）。在外部的激勵(lì)下，兩個(gè)接觸的零件/物體產(chǎn)生切向相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的聲音即為Squeak 聲，形象描述為橡膠鞋底和光滑地板摩擦的聲音，如吱吱聲。Squeak 聲產(chǎn)生的機(jī)理如圖1b 所示。

（3）撞擊聲（Rattle）。在外部的激勵(lì)下，兩個(gè)相鄰的零件/物體產(chǎn)生法向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，撞擊而產(chǎn)生的聲音即為Rattle 聲，形象描述為手指敲擊桌面的聲音，如“噠噠”聲。Rattle 聲產(chǎn)生的機(jī)理如圖1c 所示。

實(shí)際生活中，汽車Buzz 聲比較罕見，日常遇到的異響通常為Squeak 聲和Rattle 聲，即摩擦異響及撞擊異響比較常見。汽車在行駛過程中產(chǎn)生的異響問題不僅影響駕駛體驗(yàn)，還可能預(yù)示著潛在的安全隱患。因此，研究汽車行駛中異響的產(chǎn)生機(jī)理，并提出有效的預(yù)防措施，對(duì)于保障汽車的安全運(yùn)行具有重要意義。

1 常見汽車異響類型

汽車行駛異響是指在汽車行駛過程中出現(xiàn)的異響，主要的激勵(lì)為路面激勵(lì)、車速或方向變化時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行產(chǎn)生的激勵(lì)。這些異響可能是由于汽車內(nèi)部的某個(gè)部件損壞、磨損、松動(dòng)或其他故障狀態(tài)引起的。

異響的類型和聲音特征可以作為診斷汽車問題的線索，因?yàn)椴煌牟考p壞或故障會(huì)產(chǎn)生不同的聲音[1]。汽車行駛異響可能是間歇性的，也可能是持續(xù)性的，它們可能隨著車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或行駛條件的改變而變化。例如，傳動(dòng)系統(tǒng)的異響可能在換擋時(shí)更為明顯，而懸架系統(tǒng)的異響可能在經(jīng)過不平路面時(shí)更為突出。汽車行駛過程中產(chǎn)生的異響主要包括以下幾種類型。

1.1 傳動(dòng)系統(tǒng)異響

傳動(dòng)系統(tǒng)中齒輪箱、傳動(dòng)軸和驅(qū)動(dòng)軸處易產(chǎn)生異響。齒輪箱中，當(dāng)齒輪嚙合不良或齒輪磨損嚴(yán)重時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生金屬摩擦聲。如果傳動(dòng)軸軸承磨損或松動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)軸發(fā)出顫動(dòng)聲或敲擊聲。驅(qū)動(dòng)軸的橡膠襯套老化或損壞，可能會(huì)引起振動(dòng)和異響。

1.2 懸架系統(tǒng)異響

懸架系統(tǒng)中，減振器損壞或磨損會(huì)導(dǎo)致行駛過程中出現(xiàn)敲擊聲或振動(dòng)。懸架臂的橡膠襯套老化或損壞，會(huì)引起懸架系統(tǒng)的異響。控制臂的連接螺栓松動(dòng)或損壞，可能導(dǎo)致異響。

1.3 輪胎和制動(dòng)系統(tǒng)異響

輪胎磨損不均勻或輪胎平衡不良，會(huì)引起行駛中的嗡嗡聲或敲擊聲。制動(dòng)盤磨損或有裂紋，可能會(huì)在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生響聲。制動(dòng)片磨損過薄或損壞，會(huì)在制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生刺耳的摩擦聲。

1.4 發(fā)動(dòng)機(jī)和冷卻系統(tǒng)異響

發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部零件磨損，如活塞環(huán)、氣門和軸承等，可能導(dǎo)致異響。水泵軸承磨損或風(fēng)扇葉片損壞，會(huì)引起冷卻系統(tǒng)的異響。

1.5 排氣系統(tǒng)異響

排氣管的焊接點(diǎn)松動(dòng)或排氣管磨損，可能會(huì)導(dǎo)致排氣系統(tǒng)的異響。排氣尾管的隔熱層損壞，會(huì)使排氣時(shí)產(chǎn)生較大的噪聲。

1.6 內(nèi)飾和車身異響

內(nèi)外飾件松動(dòng)或損壞，如門板、頂棚等，會(huì)引起內(nèi)飾異響。車身部件的連接螺栓松動(dòng)，如翼子板、發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋等，可能導(dǎo)致異響。

1.7 車內(nèi)異響

低速顛簸路段時(shí)的異響：可能來自車內(nèi)儲(chǔ)物格物品、手套箱內(nèi)物品或后加裝電子設(shè)備的電線敲打的聲音。

2 汽車行駛中異響產(chǎn)生的原因機(jī)理

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)異響

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的核心部件，其正常運(yùn)行對(duì)于整車的性能至關(guān)重要[2]。發(fā)動(dòng)機(jī)異響的產(chǎn)生主要源于零部件的磨損、裝配不當(dāng)以及氣門噪聲等。例如，曲軸軸承、連桿軸承等關(guān)鍵部件的磨損會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生異響；氣門間隙過大或過小、氣門彈簧折斷等也會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)敲擊聲。

2.2 底盤與懸架系統(tǒng)異響

底盤與懸架系統(tǒng)異響主要源于軸承、懸架部件的磨損以及輪胎與輪轂的問題。例如，減振器損壞、懸架系統(tǒng)螺絲松動(dòng)等都可能導(dǎo)致底盤異響；輪胎磨損不均勻、輪轂變形等也可能引發(fā)異響。

2.3 制動(dòng)系統(tǒng)異響

主要源于制動(dòng)片與制動(dòng)盤的磨損、制動(dòng)液缺乏以及制動(dòng)分泵異常等。當(dāng)制動(dòng)片磨損到一定程度時(shí)，其與制動(dòng)盤的摩擦?xí)a(chǎn)生刺耳的異響。制動(dòng)液不足或制動(dòng)分泵異常也可能導(dǎo)致制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生異響。

2.4 排氣系統(tǒng)異響

混合氣濃度過高、消聲器和排氣管損壞、三元催化堵塞、部分排氣門燒蝕或密封不良等，是導(dǎo)致排氣系統(tǒng)異響的主要原因。

2.5 車身系統(tǒng)異響

車身結(jié)構(gòu)的多個(gè)部位，包括金屬部件、橡膠件和塑料件等，它們?cè)谲囕v運(yùn)動(dòng)過程中可能因?yàn)檎駝?dòng)、磨損或松動(dòng)而產(chǎn)生響聲。

2.6 其他異響

除了上述部位外，車身結(jié)構(gòu)松動(dòng)、電氣系統(tǒng)干擾等也可能導(dǎo)致汽車行駛中產(chǎn)生異響。例如，車身結(jié)構(gòu)件的松動(dòng)會(huì)在行駛過程中產(chǎn)生共振，從而引發(fā)異響。

3 汽車行駛中異響診斷與識(shí)別方法

異響的診斷與識(shí)別是預(yù)防汽車行駛中異響的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。有些行駛過程中的異響就算是汽車工程師也不能利用傳統(tǒng)的“望、聞、問、切”方法解決[3]。市場(chǎng)上4S 店對(duì)此類異響問題的解決套路有更換零件、涂油脂、重新拆裝零件，這些措施有時(shí)候能幸運(yùn)地解決問題，有時(shí)候折騰了很久也沒解決。隨著現(xiàn)代檢測(cè)與故障診斷技術(shù)的廣泛應(yīng)用，很多之前用于NVH 開發(fā)的測(cè)試設(shè)備現(xiàn)在也用于異響問題的解決。

3.1 利用NVH 測(cè)試設(shè)備解決異響問題

利用振動(dòng)加速度傳感器和麥克風(fēng)可采集汽車異響的振動(dòng)及聲音數(shù)據(jù)，通過對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的頻域信號(hào)和時(shí)域信號(hào)進(jìn)行分析，識(shí)別出異響產(chǎn)生的部位和原因。以西門子Test.lab 解決某車型鈑金異響為例，問題解決的步驟如下。

（1）了解異響問題發(fā)生時(shí)的車輛的情況，包括車輛行駛里程、車速、路況和車輛載荷等，通過收集這些信息，以便在解決問題時(shí)復(fù)現(xiàn)異響，復(fù)現(xiàn)問題時(shí)問題反饋人在場(chǎng)更佳。例如某客戶抱怨他購(gòu)買的車輛在經(jīng)過破損或裂縫等顛簸路時(shí)，車輛左前方異響，在車速20 km/h 時(shí)異響最明顯，乘坐1 ～ 5 人時(shí)異響均能復(fù)現(xiàn)。

（2）根據(jù)異響發(fā)生時(shí)的工況，結(jié)合專業(yè)知識(shí)，初步判斷異響可能的產(chǎn)生位置（圖2）。

（3）數(shù)據(jù)測(cè)試：在初步判斷的位置布置加速度傳感器，必要時(shí)可在車內(nèi)或近場(chǎng)布置麥克風(fēng)。按收集到的異響產(chǎn)生時(shí)的工況駕駛車輛，確保在測(cè)試過程中該異響問題發(fā)生。如一次測(cè)試不能包含所有懷疑的位置，可進(jìn)行多次測(cè)試。

（4）數(shù)據(jù)分析：首先，利用Test.lab 的音頻回放功能，結(jié)合Colormap 圖，判斷異響發(fā)生的時(shí)間及頻率段（圖3）；再利用濾波器對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的時(shí)域進(jìn)行濾波，濾波后觀察異響產(chǎn)生時(shí)各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度時(shí)域數(shù)據(jù)；最后通過對(duì)比振幅及相位，判斷異響發(fā)生的位置（圖4）。

（5）通過測(cè)試確認(rèn)異響發(fā)生的位置后，再結(jié)合專業(yè)知識(shí)制定驗(yàn)證方案。

3.2 利用測(cè)試臺(tái)架解決異響問題

隨著臺(tái)架技術(shù)的發(fā)展，臺(tái)架不僅可以用于汽車前期的NVH開發(fā)，也可以用于后期問題的解決（圖5）。臺(tái)架可以通過路譜模擬整車實(shí)際行駛時(shí)受到的路面激勵(lì)，這時(shí)候汽車工程師也可以近距離使用傳統(tǒng)的“望聞聽切”方法，也可以在臺(tái)架上使用聲學(xué)診斷設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，調(diào)查異響的原因[4]。

聲學(xué)診斷技術(shù)和臺(tái)架技術(shù)都可以讓行駛中的異響問題得到更快速準(zhǔn)確的解決。當(dāng)然也需要更多的成本，對(duì)技術(shù)人員的要求也更高。隨著現(xiàn)代高精尖技術(shù)的發(fā)展，未來測(cè)得異響檢測(cè)設(shè)備可能會(huì)更加豐富，診斷起來將會(huì)更將方便直接，成本可能也會(huì)更低[5]。

4 汽車行駛中異響預(yù)防措施

汽車行駛中出現(xiàn)異響可能是多種原因造成的，針對(duì)常見的異響問題，本研究提出以下一些預(yù)防措施僅供參考。

（1）零部件選擇與質(zhì)量控制：選擇質(zhì)量可靠的零部件是預(yù)防汽車異響的基礎(chǔ)。汽車制造商和維修人員在選購(gòu)零部件時(shí)，應(yīng)注重產(chǎn)品的品牌、質(zhì)量認(rèn)證以及用戶評(píng)價(jià)等信息，確保所選零部件符合汽車的設(shè)計(jì)要求和性能標(biāo)準(zhǔn)。

（2）定期維護(hù)與保養(yǎng)：定期對(duì)汽車進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)是預(yù)防異響的有效手段。這包括更換磨損嚴(yán)重的零部件、調(diào)整氣門間隙、檢查底盤與懸架系統(tǒng)的緊固情況等。此外，定期更換機(jī)油、清洗積炭等也有助于減少發(fā)動(dòng)機(jī)異響的產(chǎn)生。

（3）駕駛習(xí)慣與操作規(guī)范：良好的駕駛習(xí)慣和操作規(guī)范對(duì)于預(yù)防汽車異響同樣重要。駕駛員應(yīng)盡量避免急加速、緊急制動(dòng)等激烈操作，以減少對(duì)汽車零部件的沖擊和磨損。同時(shí)，合理使用空調(diào)、暖風(fēng)等系統(tǒng)，避免長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行。

（3）異響預(yù)警與早期干預(yù)：開發(fā)和應(yīng)用異響預(yù)警系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)早期干預(yù)的關(guān)鍵。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車的振動(dòng)、噪聲等信號(hào)，預(yù)警系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的異響問題，以便及時(shí)處理。

5 結(jié)束語

本文通過對(duì)汽車行駛中異響產(chǎn)生原因的分析，提出了相應(yīng)的預(yù)防處理措施。這些措施旨在從源頭上減少異響的產(chǎn)生，提高汽車的安全性和駕駛舒適度。然而，隨著汽車技術(shù)的不斷發(fā)展和新材料的廣泛應(yīng)用，異響問題也可能出現(xiàn)新的變化和挑戰(zhàn)。因此，未來我們需要繼續(xù)關(guān)注汽車異響問題的最新動(dòng)態(tài)，不斷完善和優(yōu)化預(yù)防處理措施，為汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：

袁萬柱，本科，工程師，研究方向?yàn)檎嚠愴憽?/p>