中鑫之宝汽车服务有限公司 任贺新

任贺新，Tech Gear 汽车诊断学院优秀学员，现任中鑫之宝汽车服务有限公司技术经理；2013 年通过一汽大众技术培训师认证；2013 年获得奥迪十佳技术培训师荣誉称号；2017 年被聘为第三届汽车诊断师大赛星至宝赛区专家评委。

故障故障一辆2014款奥迪Q3车，搭载CSS发动机和02E双离合变速器，累计行驶里程为8万km。车主进厂反映，该车怠速及低速行驶时，车内有明显的振动感。

故障诊断接车后试车，发动机怠速时，坐在驾驶人侧座椅上能感觉到车身在颤动，原地加速至1 000 r/min～1 200 r/min，明显感觉到车身在晃动。异常振动类故障属于汽车故障中的难题，大多数汽车维修技师只能通过身体的感知来分析故障，然而这是一种主观感受，与人的敏感度有关，用这种办法很难锁定振动源。对于异常振动类故障，目前比较科学的诊断方法是利用pico示波器配合NVH（Noise、Vibration、Harshness的英文缩写，含义分别为噪声、振动与声振粗糙度）套装进行诊断。

分析认为该车可能的故障原因有以下几种。

（1）发动机工作不良，某个或多个气缸存在偶发性失火。

（2）发动机或变速器的某个旋转部件工作失衡，例如平衡轴位置不正确、发电机传动带轮卡滞、飞轮动态不平衡及双离合器不平衡等。

（3）传动系统部件至车身的缓冲装置工作不良，例如发动机支撑漏油损坏、变速器支撑损坏等。

用故障检测仪检测，发动机控制单元中无故障代码存储；读取发动机失火数据，怠速时4个气缸的失火次数均为0次。为进一步分析发动机的工作状况，将WPS500压力传感器插入排气管，测量发动机怠速时的排气脉动波形（图1，红色为1缸点火信号，蓝色为排气脉动），发现排气脉动非常均匀，说明发动机燃烧良好。

如图2所示，利用pico示波器配合NVH套装中的三轴（x轴、y轴和z轴）加速度传感器可以测量车辆振动。pico示波器配套的诊断软件（pico diagnostics）能计算出振动频率及幅值（振动加速度），pico diagnostics还能通过ELM327从车辆的OBD诊断接口读取发动机转速和车速，自动计算振动与发动机转速、轮胎转速及传动轴转速之间的关系，这样能帮助维修人员查找振动源。若振动频率跟轮胎转动频率相同，则说明振动是由跟轮胎转速一致的部件引起的，故障点可能是轮胎、半轴及制动盘等。

三轴加速度传感器的头部带有磁铁，可以吸附在铁质部件上。首先将三轴加速度传感器吸附在驾驶人侧座椅导轨上，测量驾驶人侧座椅导轨上的振动（图3），发现当发动机转速为1 083 r/min时，测量到1个频率为18.1 Hz、加速度为23.9mg（“1mg”=9.81×10-3m/s²，“1μg”=9.81×10-6m/s²，下同）的振动，且诊断软件自动计算出该振动频率符合发动机一阶振动（E1）。

振动的强度用加速度表示，加速度越大，振动强度就越大，一般振动加速度超过20mg，人体就能感受到明显的振动。振动频率描述的是1 s内的振动次数，单位为Hz（赫兹），例如1 s内振动1次，振动频率就是1 Hz。发动机一阶振动（E1）是指曲轴每转1圈振动发生1次，同理发动机二阶振动（E2）就是曲轴每转1圈振动发生2次。发动机转速为1 083 r/min，对应曲轴1 s内约转18圈，对应的发动机一阶振动（E1）约为18 Hz，这与诊断软件计算的振动频率（18.1 Hz）是一致的。

图1 发动机怠速时的排气脉动波形（截屏）

图2 pico示波器和NVH套装

图3 故障车驾驶人侧座椅导轨上的振动（截屏）

图4 故障车发动机上的振动（截屏）

表1 发动机怠速时在不同位置测量的振动结果

将三轴加速度传感器吸附在发动机上，测量发动机上的振动（图4），发现发动机怠速时（发动机怠速时的测量操作更方便，因此后续测量都是在发动机怠速时进行的）的发动机一阶振动（E1）的加速度为92.8mg，发动机二阶振动（E2）的加速度为153mg，并存在以发动机二阶振动（E2）频率的倍数递增的谐振。

找来同型号的车辆进行对比测量，在不同位置测量的振动结果见表1所列。分析表1可知，正常车与故障车的发动机一阶振动（E1）的加速度差距较大，发动机二阶振动（E2）的加速度差距不大；经过发动机支撑后传递到车身上的振动强度均能明显减弱，说明发动机支撑减振效果良好，该车存在发动机一阶振动（E1）故障，由此推断某个与曲轴转速相同的旋转部件（如飞轮、双离合器等）失衡或不圆。

分析认为，在与曲轴转速相同的旋转部件中，双质量飞轮最容易出现问题。拆检双质量飞轮，发现双质量飞轮的自由间隙过大（图5）。

故障排除更换上舍弗勒Luk品牌的双质量飞轮后试车，车辆异常振动现象消失，故障排除。

故障总结（1）利用pico示波器和NVH套装诊断异常振动故障的要点有：通过分析振动频率和加速度锁定大致故障位置；对比同款车辆相同部位的振动强度，判断部件是否工作正常；对比缓冲装置前后的振动强度，判断缓冲装置是否失效。

（2）直列4缸发动机能够很好地平衡发动机一阶振动（E1），但存在较大的发动机二阶振动（E2），这是由发动机自身结构特点决定的。大排量的直列4缸发动机会产生较大的发动机二阶振动（E2），一般需要使用2个平衡轴，互相以相反的方向用2倍曲轴转速旋转，以平衡发动机二阶振动（E2）。小排量的直列4缸发动机产生的发动机二阶振动（E2）相对较小，无需额外使用平衡轴，通过发动机支撑便可有效过滤发动机二阶振动（E2）。在本案例中，故障车存在发动机一阶振动（E1）故障，发动机支撑无法有效过滤这种振动，因此在车内有明显的振动感。

（3）不同结构型式和气缸数的发动机的振动特点各不相同。

（4）双质量飞轮就是将原来的1个飞轮分成2个部分，一部分保留在原来发动机侧的位置上，起到原来飞轮的作用，用于起动和传递发动机转矩，这一部分称为初级质量；另一部分则放置在变速器侧，用于提高变速器的转动惯量，这一部分称为次级质量；两部分中间由弹簧减振器连接，从而有效隔离发动机产生的振动转矩，使从动部件平稳运转。

图5 双质量飞轮的自由间隙过大