NVH (triukšmo, vibracijų ir šiurkštumo) diagnostika reikalauja metodiško požiūrio ir testų rezultatų vertinimo, kad būtų pasiekta visoms suinteresuotoms pusėms priimtina išvada. Toliau pateiktas atvejo tyrimas aprašo, kaip greitai buvo nustatytas kliento skundas dėl vibracijos ir kaip kelių jutiklių (mikrofonų arba akselerometrų) naudojimas tampa nepamainomas ieškant problemos šaltinio.
Kliento aprašymas
Klientas pranešė, kad greitėjant nuo 45 iki 55 mph visame automobilyje juntama stipri vibracija. (Pastaba: šiuo atveju klientas buvo profesionalas, susirūpinęs vibracija po variklio remonto.)
Techninis aprašymas
Kliento skundo patvirtinimas yra esminis diagnostikos proceso žingsnis. Tačiau gana dažnai tai gali būti daug laiko atimanti ir nelabai sėkminga užduotis. Pradinis bandomasis važiavimas neatskleidė jokių rimtų trūkumų tokio amžiaus ir tokios ridos automobiliui. Vis dėlto, nuvažiavus apie 8 mylias, aptikome stiprią vibraciją, atsirandančią tik greitėjant. Kai greitindavome, jautėme stiprią vibraciją. Kai lėtindavome, vibracija iškart išnykdavo. Vibracija atsirasdavo apie 45 mph, kai salone esantys daiktai (pvz., raktai, monetos ir pan.) imdavo vienu ritmu virpėti.
Nors vibraciją galėtume apibūdinti kaip padarančią automobilį „beveik nevažiuojamu“, pasitaikydavo atvejų, kai 45 mph greičiu greitėjant jokios vibracijos nebūdavo, net ir po ilgesnio važiavimo. (Vibracija buvo protarpinė.)
Diagnostika
Patvirtinę kliento skundą, patikslinome automobilio identifikacinius duomenis ir specifikaciją.
Specifikacijos patvirtinimas yra ypatingai svarbus diagnostikos etapas. Klientai dažnai susigundo modifikuoti savo automobilius madingais priedais, kuriems trūksta esminės kokybės kontrolės ir inžinerinio parengimo, numatyto tam automobiliui.
Pastebėjome, kad automobilyje sumontuotos trys „pigios“ padangos, iš kurių dvi atrodė nuvažiavusios labai mažai mylių.
Kliento apklausa vykdoma pagal 4 tikslinių atvirų klausimų principą, padedantį atskirti faktus nuo prasimanymų:
1. Kiek laiko problema jau pasireiškia?
Anksčiau vibracijos nebuvo, nors automobilis iš pradžių buvo atvežtas dėl variklio veikimo sutrikimo, kuris peraugo į variklio gedimą (daugiau apie šį automobilį skaitykite čia).
2. Kada pirmą kartą pastebėjote problemą?
Pranešimų apie automobilio vibraciją nebuvo (ji išaiškėjo tik po variklio remonto).
3. Ar pastaruoju metu automobiliui buvo atlikti kokie nors darbai?
Taip, didelės apimties variklio kapitalinis remontas dėl paskirstymo grandinės susidėvėjimo.
4. Kada patiriate šią problemą?
Kiekvieną kartą važiuojant, maždaug po 8 mylių, greitėjant nuo 45 iki 55 mph.
Gana dažnai kliento apklausa nuveda prie tikėtinos diagnozės ir, atsižvelgiant į neseniai atliktą didelės apimties variklio kapitalinį remontą, sunku nedaryti skubotų išvadų. Ypač todėl, kad vibracija pasireiškia tik greitėjant.
Bazinė apžiūra patvirtino, kad nėra skysčių nutekėjimų, matomų žarnų, jungčių ar laidų pynių pažeidimų požymių, taip pat to mėgstamiausio radinio – po avarijos atlikto remonto.
Visų automobilio valdymo blokų nuskaitymas neparodė jokių gedimo kodų, o tai leidžia manyti, kad mūsų simptomas yra už variklio ECU aptikimo sąlygų ribų.
Galimos priežastys
• Degimo praleidimas greitėjant
• Neteisingai sumontuotos variklio atramos arba pagalbiniai agregatai
• Susidėvėję arba išbalansuoti transmisijos linijos komponentai
• Susidėvėję pakabos komponentai
• Rato ir padangos mušimas arba disbalansas
Veiksmų planas
Veiksmų planą daugiausia lėmė prieinamumas, tikimybė ir kaina. Remiantis simptomu, mums reikėjo objektyvių matavimo duomenų, kad nustatytume ne tik vibracijos lygį (amplitudę), bet ir problemą keliantį dažnį bei vibracijos ašį.
Koks įrankis tam tinka geriau nei Pico NVH rinkinys?
Apibendrinkime
• Protarpinė stipri vibracija greitėjant (nuo 45 iki 55 mph)
• Vibracija pasireikšdavo nuvažiavus apie 8 mylias (ne nuo šalto variklio).
• Lėtinant vibracijos nebūdavo
• Vibracija priklausė nuo apkrovos
Pradėjome nuo 3 ašių akselerometro, pritvirtinto prie vairuotojo sėdynės tvirtinimo varžto, ir mikrofono, sumontuoto salone. Dabar apėmėme visas kryptis.
Akselerometras nustato salono vibracijos lygį kartu su problemą keliančiu dažniu ir ašimi. Tačiau vienas patarimas išmintingiesiems. Norėdami nustatyti problemą keliančią vibracijos ašį, privalote įsitikinti, kad akselerometras sumontuotas teisinga orientacija, kaip matyti aukščiau esančiame paveikslėlyje.
Kadangi skundžiamasi tik vibracija (0–20 Hz), mikrofonas buvo naudojamas tik vairuotojo komentarams įrašyti – tokiems kaip vieta, kelio dangos tekstūra, automobilio padėtis, akceleratoriaus pedalo padėtis ir vairo kampas, paminint tik keletą naudingos informacijos fragmentų, praverčiančių peržiūrint įrašą.
Žemiau esančiame paveikslėlyje matome pirmąjį įrašą iš mūsų pradinio bandomojo važiavimo. Nustatėme intensyvią 101 mg vibraciją ties 10,7 Hz Z ašyje (šoninė vibracija) greitėjimo metu. Variklio sūkiai buvo užfiksuoti 2377 rpm esant 45 mph važiavimo greičiui. Vibracija taip pat pasireiškia tokiu pačiu dažniu kaip „T1“. Kitaip tariant, ją kelia komponentas, besisukantis tokiu pat dažniu kaip ratas ir padanga.
Atkreipkite dėmesį į žemiau pateiktą vibracijos lygį, kai automobilis lėtėja tokiu pačiu važiavimo greičiu (45 mph). Mūsų šoninė T1 vibracija praktiškai išnyko!
Pastaba: mikrofono signalas visuose įrašuose paslėptas, nes norėjome sutelkti dėmesį tik į vibracijų dažnius (<20 Hz).
Taigi dabar turime objektyvius matavimo duomenis, problemą keliantį dažnį ir ašį. Ką daryti toliau? Būtent čia keli akselerometrai atsiskleidžia visu pajėgumu ir gali padėti diagnozuoti bei lokalizuoti vibraciją.
Kadangi mūsų vibracija yra šoninė (Z ašis), dabar atjungiame PicoScope A ir B kanalus nuo X ir Y NVH sąsajoje, palikdami tik C kanalą šoninėms vibracijoms (Z ašiai) iš prijungto akselerometro fiksuoti (žr. paveikslėlį žemiau).
Toliau aprašyti testai buvo atlikti su trimis akselerometrais (matuojančiais tik Z ašį) ir salone sumontuotu mikrofonu. Pastaba: kad aptikimas būtų tikslus, matuojant šonines vibracijas akselerometrai turi būti sumontuoti vertikaliai.
- PicoScope A kanalas buvo prijungtas prie NVH sąsajos Z kanalo, kuris fiksavo šonines vibracijas ties vairuotojo sėdynės tvirtinimo varžtu.
- PicoScope B kanalas buvo prijungtas prie NVH sąsajos Z kanalo, kuris fiksavo šonines vibracijas ties kairiąja galine pagalbine rėmo dalimi (subframe).
- PicoScope C kanalas buvo prijungtas prie NVH sąsajos Z kanalo, kuris fiksavo šonines vibracijas ties dešiniąja galine pagalbine rėmo dalimi.
- PicoScope D kanalas buvo prijungtas prie NVH sąsajos, kurioje galima naudoti bet kurį kanalą, su prijungtu ir salone sumontuotu mikrofonu.
Patartina visų tolesnių matavimų metu vieną akselerometrą laikyti sumontuotą salone. Jis bus atskaitos taškas, su kuriuo galėsite lyginti vibracijos lygius strateginėse automobilio vietose.
Žemiau lyginame šoninės vibracijos lygius ties galine pagalbine rėmo dalimi ir salone.
Aukščiau padarėme išvadą, kad šoninė vibracija salone buvo didesnė nei ties galine pagalbine rėmo dalimi. Todėl papildomus akselerometrus (B ir C kanalai) geriau būtų perkelti į automobilio priekį.
Žemiau akselerometrai B ir C buvo perkelti ant priekinių amortizatorių, šalia stebulių mazgų.
Aukščiau matome aiškų šoninės vibracijos padidėjimą ties priekiniais amortizatoriais, palyginti su salonu. Pastaba: taip pat susiformavo T2 ir T3 vibracijos eilės (T3 – trys trikdžiai kiekvienam rato ir padangos apsisukimui).
Šioje stiprioje vibracijoje man keista buvo tai, kad per vairą jaučiau labai nedaug. Atrodė, kad viskas krato saloną ir grindų paneles (reaguojanti dalis buvo kėbulas, o ne vairavimo sistema).
Tolesni bandomieji važiavimai periodiškai rodydavo dramatišką šoninės vibracijos lygių padidėjimą ties abiem priekiniais amortizatoriais. Buvo beveik neįmanoma nustatyti, kuri automobilio pusė yra tikroji kaltininkė. Kur buvo vibracijos šaltinis?
Naudodami laiko srities (Time Domain) rodinį mūsų PicoDiagnostics NVH programinėje įrangoje, gavome užuominą – energijos šuolius. Žemiau esančiame paveikslėlyje išryškinti momentiniai šoninės energijos šuoliai, esantys tik ties kairiuoju priekiniu amortizatoriumi.
Remdamiesi aukščiau pateikta analize, turėjome grįžti prie galimų priežasčių sąrašo ir atitinkamai jas atmesti.
• Degimo praleidimas greitėjant
Manau, kad degimo praleidimą galėjome atmesti remdamiesi mūsų T1, T2 ir T3 problemą keliančiais dažniais, nes degimo praleidimas duotų E0.5 vibracijos eilę. Be to, variklio valdymo sistema užfiksuotų tokį intensyvų ir užsitęsusį degimo praleidimą, jei toks būtų.
• Neteisingai sumontuotos variklio atramos arba pagalbiniai agregatai
Bet kokie nuokrypiai čia labai mažai tikėtina, kad pasireikštų kaip T1 vibracijos eilė. Vizualinė apžiūra patvirtino, kad visi pagalbiniai agregatai ir atramos sumontuoti teisingai ir patikimai.
• Susidėvėję arba išbalansuoti transmisijos linijos komponentai
Tai tikrai buvo galima priežastis ir reikalavo tolesnio tyrimo. Vizualinė apžiūra jokių trūkumų neparodė.
• Susidėvėję pakabos komponentai
Vizualinė apžiūra patvirtino, kad pakabos komponentai yra patikimai pritvirtinti ir turi tik priimtiną susidėvėjimą.
• Rato ir padangos mušimas arba disbalansas
Nors tai galėtų būti T1, T2 ar T3 vibracijos priežastis, mažai tikėtina, kad ratas ir padanga sukeltų protarpines šonines vibracijas vien tik greitėjant.
Stipri šoninė padangos vibracija (automobilio priekyje) taip pat pasireikštų vaire, o to nebuvo juntama esant 45–55 mph.
Vis dėlto, laikydamiesi gerosios praktikos, išmatavome mušimą ir balansą; rezultatai užfiksuoti žemiau.
Kaip matote aukščiau, turime tai, ką galiu apibūdinti tik kaip margą radialinio / šoninio mušimo verčių rinkinį kartu su įvairiausiomis padangomis ir ratlankių pažeidimais. Nors šie rezultatai reikalauja tolesnio dėmesio, subalansavome ratus iki 0 g ir sumontavome juos atgal ant automobilio ta pačia pradine orientacija. Po to trumpas bandomasis važiavimas patvirtino, kad jokio pagerėjimo nepasiekėme.
Pastaba: radialinio padangos mušimo neišmatavome, o galbūt turėjome. Vis dėlto per didelis radialinis mušimas greičiausiai sukeltų vibracijas X (išilginėje) ir Y (vertikalioje) ašyse, o ne mūsų problemą keliančioje Z ašyje.
Atsižvelgiant į vibracijos intensyvumą ir jos neigiamą poveikį salonui / kėbului esant 45 mph, man kilo mintis, kad problemą keliantį komponentą galėtume atskleisti po automobiliu pritvirtinę internetinę kamerą.
Žiūrėkite paveikslėlį žemiau:
Naudodami Windows ekrano padalijimo funkciją ir integruotą Windows 10 kameros programėlę, galėjome vienu metu stebėti NVH duomenis ir fiksuoti daugybės internetinės kameros matymo lauke esančių komponentų reakciją.
Peržiūrėkite vaizdo įrašą žemiau. Atkreipkite dėmesį, kaip variklis greitėjimo metu fiziškai juda pasikartojančia šonine kryptimi ir lėtėjant grįžta į ramybės padėtį. Sutelkite dėmesį į abu ekranus tarp 11 ir 30 sekundės.
NVH failas vaizdo įraše išryškina šoninį variklio judėjimą, kuris savo ruožtu ir yra atsakingas už reakciją, kurią jaučiame kėbule.
Atidžiausieji iš jūsų tikriausiai pastebėjo, kad C kanalas vaizdo įraše rodo milžinišką šoninės vibracijos lygį – daugiau nei 229 mg!
Akselerometrą, kuris buvo prijungtas prie dešiniojo priekinio amortizatoriaus, perkėlėme prie dešiniojo pusašio atraminio guolio, pritvirtinto prie cilindrų bloko. (C kanalas žemiau = 365 mg.)
Kalbant apie aukščiau užfiksuotą T1 amplitudę, norėčiau, kad akimirkai pagalvotumėte apie energijos kiekį, reikalingą pakartotinai judinti variklio ir pavarų dėžės mazgą iš vienos pusės į kitą 10 ciklų per sekundę dažniu. Jei bandytumėte tai kartoti rankiniu būdu su laužtuvu, pastangos būtų milžiniškos ir, be abejo, fiziškai sudėtingos.
Taigi, koks mūsų transmisijos komponentas galėtų sukurti pakankamai energijos, kad pajudintų variklį / pavarų dėžę šonine kryptimi?
Apibendrinkime
• Variklio ir pavarų dėžės mazgas greitėjimo metu buvo stumiamas šonine kryptimi.
• Aptikome T1, T2 ir T3 vibracijos eiles, tačiau pagrindinė problemos priežastis buvo T1.
• Akselerometras, prijungtas prie kairiojo amortizatoriaus, rodė energijos šuolius
• Ratai / padangos reikalavo dėmesio, tačiau nebuvo atsakingi už šoninį variklio judėjimą.
• Problemą keliantis komponentas suko tokiu pat dažniu / greičiu kaip ratas.
Skaitant aukščiau pateiktą apibendrinimą, vieninteliai komponentai, galintys išvystyti tokią energiją, yra pusašiai. Bet kuris iš jų kėlė mūsų problemą?
Atlikome radialinius, šoninius ir ašinius matavimus ant kiekvieno pusašio, siekdami atskirti susidėvėjimo lygius tarp velenų.
Aukščiau pateikti matavimai atskleidė štai ką:
Kairysis priekinis pusašis
Vidinis pusašio šarnyras pakilo (pavarų dėžėje) 1,20 mm.
Ašinis judesys tarp vidinio ir išorinio pusašio šarnyrų buvo 0,95 mm.
Radialinis veleno mušimas buvo 0,60 mm.
Dešinysis priekinis pusašis
Vidinis pusašio šarnyras pakilo (tarpiniame velene) 0,55 mm.
Ašinis judesys tarp vidinio ir išorinio pusašio šarnyrų buvo 0,90 mm.
Radialinis veleno mušimas buvo 0,70 mm.
Atsižvelgdamas į vidinio pusašio šarnyro pakilimo dydį (kurio didžioji dalis susidaro diferencialo korpuso guoliuose), pasvirau link kairiojo pusašio nuėmimo ir apžiūros.
Žvelgiant iš PicoScope matavimų perspektyvos, remiantis vien dažnių (Frequency) rodiniu buvo sunku nustatyti, kuris velenas kelia problemą. Tačiau naudojant laiko srities (Time Domain) rodinį, anksčiau šiame atvejo tyrime aprašyti energijos šuoliai buvo panaudoti kaip papildomas įrodymas, pagrindžiantis kairiojo pusašio vidinio trikojo (tripod) šarnyro nuėmimą ir išardymą. Žemiau esantys paveikslėliai atskleidžia daugybę nuodėmių.
Trikojai (tripod) šarnyrai paprastai sukelia tris trikdžius kiekvienam rato ir padangos apsisukimui (T3). Tačiau aukščiau esantys paveikslėliai atskleidžia didelį vieno rutuliuko korpuso ir su juo susijusio kreipiančiojo takelio pažeidimą vidiniame trikojo šarnyro korpuse, o tai sukurtų vieną trikdį per apsisukimą (T1).
Žvelgiant į šarnyro kreipiantįjį takelį, atrodo, kad rutuliuko korpusas galėjo strigti, braižytis ar užsiblokuoti prieš kreipiantįjį takelį perduodant apkrovą greitėjimo metu. Tai galėtų paaiškinti, kodėl gedimas pasireikšdavo protarpiais ir buvo susijęs su temperatūra.
Toks reiškinys galėtų sukelti pakartotinį atatrankos stūmimą į pagrindinę pavarą vietoj pageidaujamo sklandaus ašinio žvaigždutės (spider) judėjimo šarnyro viduje. Rezultatas – pasikartojantis šoninis variklio / pavarų dėžės judėjimas, kurį užfiksavome kamera.
Pakeitėme kairįjį priekinį pusašį ir vėl išmatavome radialinį, šoninį bei ašinį judesį.
Kairysis priekinis pusašis
Vidinis pusašio šarnyras pakilo 0,90 mm (pavarų dėžėje). Sumažėjimas 0,30 mm.
Ašinis judesys tarp vidinio ir išorinio pusašio šarnyrų buvo 0,45 mm. Sumažėjimas 0,50 mm.
Radialinis veleno mušimas buvo 0,60 mm.
Rezultatai / remonto patvirtinimas
Žemiau užfiksavome T1 šoninės vibracijos lygį ties dešiniojo pusašio atraminiu guoliu (pritvirtintu prie cilindrų bloko) – 34 mg. Anksčiau buvo užfiksuota 365 mg, o tai reiškia 331 mg arba maždaug 89 % pagerėjimą.
Žmogiškuoju (subjektyviuoju) požiūriu automobilis vairuojant atrodė kaip visiškai kitas.
Atkreipkite dėmesį į smailę ties E2. Tai normalu 4 cilindrų varikliui greitėjimo metu (2874 rpm) dėl degimo proceso ir nėra susiję su mūsų kliento skundu. Daugiau informacijos apie vibracijų eiles rasite čia.
Žemiau matome tas pačias vibracijas kaip ir aukščiau, tik šįkart laiko srities (Time Domain) rodinyje. Atkreipkite dėmesį į energijos šuolių nebuvimą (B kanalas) ir A kanalo tolygumą, palyginti su laiko srities įrašu prieš pusašio keitimą.
Sumontuotų dalių sąrašas
Kairiojo priekinio pusašio mazgas
Papildomos pastabos
Įprastoje dirbtuvių aplinkoje, esant laiko trūkumui ir spaudimui, niekada nebūna laiko išsiaiškinti, kodėl komponentai genda. „Jei sutvarkyta – puiku, išleisk ir imk kitą.“
Visiškai tai suprantu, bet stabtelėkime akimirkai. Kodėl vidinis pusašio šarnyras sugedo būtent taip? Neturėdami jokios patikimos automobilio istorijos, galime tik spėti, kad anksčiau būta įsikišimo, šarnyro tepalo nutekėjimo arba vairuotojo aplaidumo. Ratlankių pažeidimai dažnai būna pastarojo požymis. Diferencialo korpuso guoliai man kėlė nerimą dėl kairiojo vidinio trikojo šarnyro pakilimo dydžio (0,90 mm po remonto), tačiau reikia pasakyti, kad jokių diferencialo triukšmų nebuvo, tad tik laikas parodys.
Peržiūrėdamas šį atvejo tyrimą supratau, kaip svarbu buvo panaudoti kelis akselerometrus ir įrašyti duomenis vėlesnei analizei keliuose rodiniuose kartu su komentarais. Visos šios esminės funkcijos nėra prieinamos NVH mobiliųjų telefonų programėlėse.
Gebėjimas lokalizuoti vibracijos šaltinį naudojant kelis jutiklius yra sėkmės raktas. Objektyvūs duomenys negali meluoti ir suteikia matavimus kaip įrodymą mūsų klientams tiek prieš remontą, tiek po jo.
Turiu pridurti, kad neseniai atlikti mūsų NVH programinės įrangos patobulinimai padarė šį įrankį tikru malonumu naudoti bandomųjų važiavimų metu. M&S spartieji klavišai, kuriuos aprašome čia, suteikia greitą būdą pažymėti ir išsaugoti duomenis vėlesnei peržiūrai, kai tai daryti saugu.
Paskutinis žodis apie po remonto atliekamus įrašus. Mūsų kliento skundas buvo stipri vibracija 45–55 mph greičiu, ir ji dabar pašalinta. Geroji praktika nuo šiol turėtų apimti ir vibracijų peržvalgą per visą kelio / variklio greičių diapazoną. Taip įsitikinama, kad nėra jokių kitų netipinių vibracijų.
Žemiau pateiktas įrašas yra būtent toks pavyzdys, kur T1 vėl iškelia galvą šonine kryptimi ties kairiuoju priekiniu amortizatoriumi.
Pastaba: prie kairiojo priekinio amortizatoriaus pritvirtintas akselerometras užfiksavo padidėjusią šoninę T1 vibraciją – 162 mg esant maždaug 95 mph. Tačiau C kanalas (prijungtas prie dešiniojo pusašio atraminio guolio, pritvirtinto prie cilindrų bloko) užfiksavo tik 8,66 mg tuo pačiu T1 dažniu. (T. y. minimalus šoninis variklio judesys.) Todėl stipresnė vibracija ties priekiniu amortizatoriumi nebėra susijusi su mūsų pusašiu, nes ši vibracija dabar yra didesnė už pusašio vibraciją ir greičiausiai susijusi su mūsų marga ratų ir padangų nuokrypių įvairove esant dideliam važiavimo greičiui.
Tai iš tiesų įrodo, kodėl loginis požiūris į diagnostiką yra būtinas, nes ši vibracija galėtų būti klaidingai palaikyta pradiniu gedimu, nors faktai patvirtina, kad už vibraciją tuo pačiu dažniu kaip ratas ir padanga dabar atsakingas kitas komponentas. (Jaučiu, kad artėja šio atvejo tyrimo 2 dalis.)
Nuoširdus ačiū Kevinui iš Ives Garage už dar vieną diagnostinį nuotykį.
Straipsnis išverstas iš Pico Technology bibliotekos su gamintojo leidimu. Originalas: picoauto.com. PicoScope įrangą rasite mūsų kataloge.