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在物理學角度,共振幾乎可以“創造世界”,更有“比上帝懂的多”的尼古拉·特斯拉說:“用一件共振器,我能把地球一裂為二。”

所謂共振,其實是正常的物理現象,萬物皆有自己的固有頻率,即趨向振動的頻率。之於汽車,懸架和車身的固有頻率在所有車速下都相同,當輪胎轉速隨車速增加時,輪胎硬點的不平衡激勵頻率也在增加;在某個特定車速或發動機轉速下,激勵頻率與懸架或車身固有頻率相交,從而導致車身共振。

雖然車身共振同樣是正常現象,但目前部分車輛的車身共振已經給消費者帶來非正常感知,有些車輛的功能甚至也受到了影響。2013年,車質網收到的車身共振問題投訴僅1宗,6年過去,2019年1-9月,有關車身共振的投訴已指數增加至870宗。而且車質網研究院預測,今年車身共振問題投訴將達上千宗。

車身共振導致故障或是“胎裡帶”

據了解,從2014年款車型開始,出現大規模客戶對車身共振問題的投訴,2016款車型投訴量達到高點。而且從近年款投訴趨勢來看,車身共振問題還在一直延續,部分2019款及2020款在售車型也未有明顯改善。

另外,出現車身共振現象的車輛分佈集中於購車3個月內,佔比達49%,且76%的車輛行駛里程在30,000km之內。這意味著,車身共振導致的問題與車輛正常損耗並無太大關聯,更多地是“DNA”的因素。

如果將出現車身共振的車輛品牌做一個分類,自主品牌佔比達55%,合資品牌佔比43%;按車型分類,SUV是“主力軍”,佔比超總投訴量的半數以上;MPV銷量平平,在該問題的投訴佔比卻達到18%;排名第三的是緊湊型車。

如此增速的投訴量,以及涉及車輛的使用時間,直接反映出整車製造企業的NVH測試及調校環節存在問題,甚至不排除產品設計及品質缺陷的可能。

定位共振源

據凱睿賽馳諮詢的研究人員介紹,任何一個零部件的精度超差或不適用工作環境,都有可能導致車輛在某一速度範圍內產生共振。此類問題的解決思路為:尋找振動源頭→優化傳遞路徑→降低終端響應。

一般情況下,消費者日常遇到的共振問題的典型振動源頭包括:發動機共振、傳動部件共振和排氣管共振等。

1. 發動機共振

發動機振動主要由於發動機曲軸、凸輪軸,隨轉速變化形成階次振動激勵,經發動機懸置傳至車身,再經方向盤、換擋手柄或者座椅、地板被感知;當發動機轉速上升,振動頻率與上述部位固有頻率接近或一致時,便會產生共振。

通常情況下,車企在產品設計CAE模擬之初,便會通過經驗及調校將發動機等運轉部件與白車身振動頻率錯開,把共振區間儘量縮小並使其處於不常使用的較高車速工況,避免正常駕駛時產生過多共振。不過,發動機有可能會因內部機件偏重,如曲軸連桿等部件因加工及裝配問題產生品質差,影響發動機動平衡。在某一速度下,與固有振動頻率重合引發共振現象,使車輛舒適性嚴重下降。

此外,發動機懸置偏硬、老化或損壞,也會使懸置隔振作用降低從而引發共振。凱睿賽馳諮詢在聯合第三方檢測機構對部分車輛進行發動機懸置隔振測試後發現,某些車型發動機懸置的隔振效果並不理想,低於乘用車懸置隔振量>20dB的要求。

2. 傳動部件共振

如果變速箱及半軸等部件振動過於劇烈、噪音大,多半是由半軸產生的半頻扭轉共振引起。它是指當軸系的轉動頻率達到一階扭振固有頻率兩倍附近時,軸系將發生頻率正好為轉動頻一半的扭轉共振。

部分生產企業在新款車型上加裝半軸吸振器就可以解決問題。但一些新車時速達到60km再加速時的車身共振,廠家更換改進版半軸並不能解決問題,只是出現共振的時速延遲至70-100km。

半軸吸振器

上述兩宗案例反映出傳動部件共振的主要特性。一般情況下,軸系扭轉振動發生在轉速變化階段,雖然該問題不像彎曲振動那樣易察覺,但危害性依然存在。如果扭轉振動較強烈,將很有可能造成軸系斷裂。

現在,受成本因素影響,部分車企的減配現象嚴重,尤其是在“看不到”的地方。如果傳動部件品質不佳,也沒有配備吸振器,就會造成共振。生產企業的技術力量足以支撐其提出解決方案,但除了從改善效果上考慮,還要對功能性、耐久可靠性進行全面驗證。由此付出的成本雖然相當大,但絕不應由客戶埋單。

此外,底盤傳動連線部件(襯套等橡膠件)的老化、損壞等,同樣會引起車身振動幅度明顯提升。

3. 排氣管共振

排氣管共振問題投訴中,消費者反饋車輛行駛中壓耳感明顯,甚至有頭脹耳鳴、心慌噁心等症狀,甚至有車主經三甲醫院診斷為耳膜內陷。儘管有廠家迴應稱“車輛在正常工作時均會產生的振動和聲音,每個人感官感受不盡相同,只有極少數客戶可能對振動相對敏感”,但截至發稿,車質網已收到相關投訴300餘宗,所謂“極少數”的判斷難以成立。

為了尋找車輛導致耳壓感明顯的原因及消除方法,不少車主開始“自力更生”。目前可知的有增加後備箱蓋板的隔音棉,在車身地板貼阻尼片,安裝排氣加長管,等等。

為了驗證這些辦法的效果,凱睿賽馳諮詢近日通過專業消聲室及NVH採集裝置,對某車輛不同工況下的噪聲及振動進行了對比測試。安裝排氣加長管後,各擋位在空載怠速時,排氣尾口噪聲聲壓級均有明顯下降,主觀感受前排壓耳感相比原狀態有明顯改善。

參與測試的專家表示,噪聲數值的高低,並不完全代表車內是否會存在壓耳感。那麼,車內產生低頻轟鳴是否還有其他未知因素?其實,汽車車身形成的封閉空腔如果出現結構性或輻射性問題,容易在特定頻率下因共振發生空腔共鳴,使得聲強聲壓大幅提高,從而形成消費者所說的壓耳感。

對此,凱睿賽馳諮詢又通過更為複雜的空腔模態實驗,進一步分析排氣管與車內空腔共振的關聯性。通過聲源激勵實驗,在部分車身部位發生振動後,通過聲傳函得出車內區域性空間空腔模態模型。如下圖所示,試驗車輛前排空腔模態存在聲壓峰值。由此可以確定,車身內的空腔結構模態需要優化,從而避免區域性車身振動傳至車內形成空腔共振。

想要徹底解決排氣管共振問題,首先要優化排氣消音器設計,降低排氣振動噪聲對車內空腔的激勵。此外,還要對車內空腔模態進行優化,降低車內空間傳函響應。

不過,以上這些顯然是車主通過“土法”無法解決的,需要由車企進行相關調校,這無疑是一個相當浩大的工程,可能車型換代才有望實現。

小編有話說

在聲學領域,共振被稱為“共鳴”。當消費者需要用“土法”自學解決問題時,最終為不作為埋單的還是整車企業。與其高喊情感營銷的口號,不如通過提升產品品質來引發消費者的共鳴,而這樣的共鳴也將在終端市場上得到回報。

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