汽车是具有动力源的运动机械，它在振动模型中属于一个多自由度振动系统，因此汽车行驶

时存在各种各样频带宽度的振动和噪声。它的生成形式分为，扭矩振动、惯量振动、几何振动、流体振动。它组成结构是，振源发生、介质传导、共振放大、环境破坏和零件损坏。如发动机产生的驱动力、动力传动系统和路面凹凸不平产生的作用力传递到车身、底盘上形成车身结构振动，以及汽车高速行驶中空气与车身之间的冲击和摩擦产生的空气动力学噪声。图1所示，根据振动和噪音频率不同，可分成多个区间。

 案例一 丰田锐志行驶中方向盘振动

一辆锐志GRX122-AETZKC，发动机型为5GR，行驶了2000km。客户反映车辆以

90～100km/h的速度行驶时，手握在方向盘上有振动发麻的感觉，同时还伴有“呜 呜”的声音。

1．故障现象确认

首先将车辆挂入P、N挡，发动机怠速和提高转速运转过程中无故障现象出现；将车辆举升后挂在D挡运行，车速在0～80km/h、80～90km/h、90km/h以上均无故障现象出现；车辆在D挡和S挡进行道路试车，车速在0～82km/h过程中无故障，车速在83～86km/h过程中故障出现，车速升到87km/h以上故障消失。

故障出现时，方向盘有垂直方向振动感觉，两前轮处伴有“ ”的周期性声音变化，车辆前后排座席地板上有振动感觉。

2．故障诊断与分析

初步判断故障可能是车辆传动部件运转共振所引起的。于是检查轮胎动动平衡、刹车盘、传动轴的圆跳动误差，没有发现异常；又调整了发动机、变速器、排气管安装支架，故障没有解决；接着又将该车的4条轮胎、刹车片、轮毂轴承、差速器和驱动轴与正常车辆进行对换，试车确认故障依旧。再借用振动检测仪检测，将振动仪探头固定在方向盘垂直方向和前后悬架底部，采集故障出现时的振动频率(采样车速为83km/h)，采集整理出5组可疑频率，47.5Hz、112Hz、125Hz、212Hz、330Hz，经计算确认与发动机转速、挡位及变矩器锁止状态无关。通过理论计算，该车速度在83km/h时轮胎各阶振动频率(f=V×1000/2×3600×π×R其中f-轮胎振动频率、V-车速km/h、R-轮胎半径m)与上述可疑频率对应结果(故障车轮胎型号为215 55 R17)

如下：

轮胎的1阶振动频率为11.16Hz；轮胎的4阶振动频率为44.64Hz(可疑频率47.5Hz)；

轮胎的10阶振动频率为111.6Hz(可疑频率112Hz)；轮胎的11阶振动频率为122.76Hz(可疑频率125Hz)；轮胎的19阶振动频率为212.04Hz(可疑频率212.04Hz)；轮胎的30阶振动频率为334.8Hz(可疑频率330Hz)。

通过振动频率检测证明方向盘振动还是由轮胎引起的可能性最大。于是再次更换了与原车不同品牌的米其林215/55R17的新轮胎试车，故障出现点还是出现在车速83～86km/h时。方向盘和车身地板上振动感有所减弱，但没有彻底消除。振动仪检测，故障出现时频率变化均不同，无固定的可疑频率。针对故障现象，运用车辆发生振动的原理来分析故障产生的机理：

⑴影响方向盘垂直振动主要原因可能是车辆上某个旋转体运动中产生的激励频率与转向机构固有频率相耦合，而与转向机构连接的最直接的旋转体还是轮胎。其力的传递路线是，轮胎→转向节→方向机→转向传动轴(方向盘柱固定套管，仪表板横梁)→方向盘，与发动机运转速度、传动轴及半轴旋转速度无关。

⑵故障出现时车速范围很窄。一般轮胎动不平衡引起的方向盘摆振会随车速提高，振动会加大(已经2次换新轮胎，可以排除轮胎动不平衡的影响)。

⑶车辆在行驶中路面与轮胎产生的激励力，除了轮胎的动不平衡，还有轮胎的径向力变动。轮胎的径向力变动与轮胎质量均匀性、尺寸均匀性、刚性均匀性有关。轮胎受力后，胎体的弹性变形不能恢复，造成轮胎尺寸的不均匀以及制成轮胎的材料不能沿轮胎圆周完全均匀分布，造成轮胎刚度的不均匀。这些轮胎的不均匀性会在轮胎旋转时产生挠曲的波动，这种波动引起轮胎受地面作用力的周期性变化，产生轮胎径向力变化(如图2所示)，引发轮胎的径向跳动和径向力振动。

⑷轮胎气压也是对轮胎振动特性的主要影响，因为气压的变化改变了轮胎带束的张力和轮胎的刚度，因而改变了轮胎固有频率(气压每变化98kPa，径向的固有频率大致改变5～10Hz)。轮胎气压高则刚度强，阻尼小，轮胎固有频率高。轮胎气压低则刚度弱，阻尼大，轮胎固有频率低，振动传递率变小，出现峰值的频率也随之降低。根据上述分析，决定采取破坏振动

源的方法，先对故障车辆的两个前轮胎气压调低到180kPa(标准230kPa)，经车速在60、70、80、90、100km/h道路试车5km，故障没有再现。

3．故障排除

由于两前轮胎属于转向轮，在特定的速度下转动与路面形成轮胎径向力变动，产生的激励频率接近轮胎的固有频率时，轮胎发生共振。此时轮胎的共振频率与转向机构的固有频率接近时，又造成了转向系统的共振，并且通过转向柱直接反映到方向盘上。根据振动理论，为防止零件产生共振，零件自身的固有频率要远离激励频率25%以上。降低轮胎气压，改变了轮胎的固有频率，避开了由轮胎共振引起转向机构的共振区。但是，轮胎不能在缺气的状态下行驶，要彻底排除故障还必须在转向机构上进行调整。考虑到方向盘安装在转向传动轴上，转向传动轴又通过转向柱套管安装在仪表板横梁上，对转向柱套管与仪表板横梁安装位置进行调整(如图3)，按规定扭矩紧固定位螺母。将两前轮气压重新调整至标准后试车，故障再未出现。

４．故障小结

⑴故障修理过程中，降低两前轮气压的目的有两个。①是为了寻找方向盘振动的振源。调低两前轮气压使轮胎的固有频率发生了变化，加大了轮胎的阻尼系数，如果故障症状得到改善，说明振源是路面的随机激励与车轮产生的振动。②是对于新车停放时间过久没有行驶轮胎或者是更换的经过包装挤压过新轮胎，容易出现轮胎“平点”引起的振动现象，一般经过一

段里程的行驶“平点”现象能够消除。调低或者调高轮胎气压行驶，可以恢复轮胎弹性体的变形，减小径向力振动。

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