【Pico汽車示波器診斷】2019年 雷克薩斯 Lexus GS300 傳動系統震動故障

作者:Pico Auto – Martin Jensen

故障現象:

我的客戶買了這輛車。初次試駕時,他注意到傳動系統有輕微振動,銷售人員告訴他這個振動來自輪胎。該車的四個車輪與輪轂匹配,也通過了平衡和道路測試,但傳動系統仍然有振動。

他找到原先的經銷商,把傳動軸寄回去做傳動軸平衡校正,振動沒有改善,反而更嚴重了,經銷商更換了差速器小齒輪軸承但問題依舊,因此他們把後差速器換全新OEM部件(相當昂貴的維修)。交車給客戶時,客戶仍然能感覺到振動。經銷商堅持認為該車沒有問題,不願意再修,因此車主找到了我。

診斷過程:

這是一輛很新的車。到目前為止所做的工作內容:

1.懸吊和轉向系統進行外觀檢查,結果正常;

2.檢查懸吊和轉向系統是否有過大間隙,都正常;

3.胎壓檢查正常,車輛四輪定位正常;

4. 使用Pico NVH套裝在高速上進行路試,以核實車主反映的問題。在90km/hr以上車速時,可以感覺到明顯振動;

5.平衡4個車輪到0克;輪胎道路力測試:3個輪胎加載4KG,左前車輪的加載11KG;

6. 檢查傳動軸外觀正常,測得傳動軸最大偏移為0.3mm;

7. 測量傳動軸角度正常,檢查中心軸承和方向節正常;

8. 在頂車機上對車輛進行NVH測試。

在高速進行NVH測試時,我們將加速度計安裝在前排座椅導軌螺栓處。數據如圖一所示,可以明顯看到T1(1階輪胎振動)、T5(5階輪胎振動)和P1(1階傳動軸振動)振動數值較高。

在頂車機上以90km/hr的車速進行NVH測試時,我們將一個加速度計(3軸)安裝在後差速器上,另一個加速度計(Y軸)安裝在傳動軸中心支撐軸承上。數據如圖二所示,可以看到一個高出螢幕振動量程的P1振動,在P2似乎也有出現振動。

  • 請注意,在頂車機上測試的文件中,前半部分兩個加速度計都安裝在後差速器上,後半部分一個安裝在後差速器另一個在傳動軸中心支撐軸承上。
  • 還要注意的是,此時後輪懸浮在空中(懸吊未被壓縮,因此後輪驅動軸的行駛角度不太一樣)
圖一、高速行駛的NVH數據
圖二、頂車機上進行NVH測試

我在後差速器可以感覺到振動,並且測量結果也顯示此處振動較大。Pico技術人員提到,將車輛放在頂車機上可能會產生一些奇怪的結果,因為零部件與車輛行駛時的工作角度不同。

按照Pico的建議,我決定再次進行路試,而不是在頂車機上測試。依舊捕獲兩個位置的振動,其中一個加速度計(3軸)安裝在後差速器上,另一個感知器(Y軸)安裝在傳動軸中心支撐軸承上。路試時車輛是由客戶駕駛,他確認一直存在振動。

圖三、加速度計安裝位置

我把這些內容發佈到論壇,Pico的Steve Smith看到這個案例回復到:”車速在90km/hr時所捕獲的數據中,可以清楚地看到P1附近有一個明顯的振動,主要是差速器垂直軸向上的振動”。安裝在中心軸承上的加速度計在P1頻率處振福很小,安裝在差速器上的加速度計捕獲的振動較大。

之所以提到P1附近出現峰值振動的原因是,振動峰值並不是準確地出現在P1頻率這個位置。如圖四所示:

圖四、P1附近的未知振動值很高

我們可能需要增加一個傳動比(該車為6速自動變速箱),NVH測試時我們可以通過OBD來讀取車速,所以傳動軸轉動頻率是將T1乘以差速比計算得出的。例如,車速為94km/hr時T1為13.1Hz,P1頻率為13.1 Hz x 3.73 = 48.86 Hz (假設差速比3.73,P1顯示在49Hz處 )。

在路試期間振動出現時,能否在保持行駛速度不變的同時換檔到低檔位嗎? 觀察P1振動有沒有是影響? 或者是可以在空檔時保持車速不變嗎(我知道這一定有難度) ? 然後再觀察P1及其附近的振動,如果P1或P1附近的振動仍然很高,那麼振動大概是與車速相關,如果振動明顯下降,則可以推測出振動與引擎相關,振動頻率與P1相似。

我在齒輪傳動比上犯了一些錯誤,輸入的是上一輛車的傳動比。該車是6速自動變速箱,我找不到傳動比參數。變速箱代號為A960E,後差速比為: 3.727。我相信振動是P1振動,但我無法搞懂P2振動是甚麼。路試期間客戶說有振動時,P1振動就會出現。

根據我的測量結果,傳動軸肯定出了問題,因為P1幅值很大,並且舊差速器上的小齒輪軸承出現了故障。接下來我在72km/hr和90km/hr兩種車速下進行路試(圖五、圖六),測出傳動軸中心支撐軸承(黃素)和差速器(藍色)處的振動。結果是後差速器的振動很高,傳動軸中心支撐軸承幾乎沒有振動。

圖五、72km/hr時振動數據
圖六、90km/hr時振動數據

後傳動軸是通過柔性橡膠安裝在中心支撐軸承上的(圖七),因此不能將中心支撐軸承的振動和後傳動軸的振動視為相同。然而,考慮到後差速器振動過大,差速器相對較新且剛換了小齒輪軸承,因此我認為肯定是後傳動軸的問題。

圖七

經過對後傳動軸仔細檢查,驅動凸緣盤沒有問題,於是我拆下了後傳動軸並旋轉檢查。我們將萬向接頭經過硫化處理後裝回傳動軸上。路試時車輛加速更平穩,客戶認為振動已經有所降低。從捕獲的數據來看,P1及P1附近的振動幅值明顯降低,從126mg降低到44mg,這說明了我們的診斷方向是正確的。

圖八
圖九

我的客戶已經向經銷商提交我們的調查結果,經銷商同意換掉舊的傳動軸(圖八),新的傳動軸(圖九) 已經安裝到車上,並測量過角度是正常的。更換新的傳動軸後捕獲的數據表明(圖十) ,與傳動軸相關的振動已大大降低,客戶感到非常滿意。

圖十、更換新傳動軸後160km/hr的振動數據

Steve Smith表示輪胎相關振動的問題,我一直在想,傳動軸的劇烈振動是否會導致輪胎振動,因為他們是通過差速器直接相連的。圖十中仍然存在一些與輪胎速度相關的振動,我們確認了左前輪胎具有較高的抓地力,這輛車現在是用冬季輪胎,到了夏天輪胎就需要進行更換了。