Cabinetrillingen in een BMW 320D M Sport xDrive Touring bij hoge snelheid

Voor de autotechnicus zijn er bepaalde voertuigproblemen waarvan je vooraf weet dat ze een echte uitdaging worden; waaronder cabinetrillingen. Klachten over voertuigtrillingen en -geluid zijn subjectief en hangen af van een aantal menselijke factoren, zoals tolerantieniveaus, verwachting en verkeerde interpretatie.

Een belangrijke tip bij het aanpakken van deze diagnose-uitdaging: maak notities en verzamel objectieve gegevens. Zo kunnen we over de oorzaak van het probleem achterhalen en een weloverwogen beslissing nemen hoe we het kunnen oplossen.

Het probleem

Onze klant meldt dat in zijn BMW 320D M Sport xDrive Touring trillingen voelbaar zijn wanneer hij ongeveer 120 km/u rijdt. Het probleem is al meer dan 2,5 jaar aanwezig, er zijn talloze pogingen gedaan om het probleem op te lossen, zonder resultaat. Wij gaan deze uitdaging maar al te graag aan!

Proefrit met de klant en Pico NVH

Het verifiëren van de klacht van de klant is een essentiële stap in het diagnoseproces en bij ongewenste trillingen absoluut van groot belang. Trillingen zijn subjectief, een kwestie van mening, daarom is het waardevol om (indien mogelijk) met de klant de weg op te gaan voor een proefrit, zodat hij/zij kan aangeven wanneer het probleem wordt ervaren. In deze fase van de diagnose is het verzamelen van informatie belangrijk. We kiezen ervoor om onze Pico NVH (geluid, trillingen en hardheid) apparatuur met de Pico Automotive oscilloscoop op het voertuig aan te sluiten. De Pico NVH apparatuur is bijzonder geschikt om bronnen te vinden van vervelende trillingen en geluid. Wanneer onze klant tijdens de proefrit aangeeft dat de trilling voelbaar is, zijn we in staat om een ​​objectieve meting vast te leggen die we kunnen opslaan voor latere analyse, en nog belangrijker, om bewijs te verkrijgen. Wat voor de ene persoon als trilling wordt ervaren, ervaart een ander als hardheid (nogmaals, een kwestie van mening).

Trillingsordes bij NVH-meting

De term trillingsorde wordt gebruikt om het aantal storingen per omwenteling van een component te beschrijven. Trillingen van de eerste-orde komen eenmaal per omwenteling (bijvoorbeeld van een wiel) voor. Een bandentrilling van de eerste-orde wordt een T1 genoemd in de NVH-software. Trillingen van de tweede-orde komen tweemaal per omwenteling voor. Een trilling van de tweede orde wordt in de NVH-software een T2 genoemd. Trillingsordes zijn van toepassing op elk roterend component (niet alleen wielen).

De Pico NVH-software kan de volgende trillingsordes identificeren:

• Motortrillingsordes zijn gemarkeerd als: E1, E2, E3, E4, enz.
• Bandentrillingsordes zijn gemarkeerd als: T1, T2, T3, T4, enz.
• Cardanastrillingsordes zijn gemarkeerd als: P1, P2, P3, P4, enz.

Onze eerste NVH-opname van de proefrit met de klant, benadrukt een eerste-orde trilling van de voor- en achterband (FT1 en RT1). De verticale as is de grootste boosdoener (rode balkjes in het staafdiagram). We hebben ook een motortrilling van de tweede-orde (E2) vastgelegd, die we waarnemen wanneer het voertuig vermogen ontwikkelt om de rijsnelheid te handhaven (figuur 1).

Op dit moment ben ik het eens met de klant. Een onaangename trilling blijkt duidelijk door de bodemplaat en het zitkussen van de bestuurdersstoel, maar ik kon door het stuur niets anders voelen dan remtrillingen bij het bedienen van de rem.

Figuur 1: tijdens de eerste proefrit meet de Picoscope trillingen in de voor- en achterband (FT1 en RT1). De rode balkjes in het staafdiagram laten zien dat de verticale as de grootste boosdoener is. Ook wordt er door de scope een motortrilling waargenomen (E2).

Diagnose

Nadat de klacht van de klant is geverifieerd, hebben we de Voertuig ID en specificatie van het voertuig bevestigd. Bevestiging van de voertuigspecificatie is van groot belang bij trillingsklachten! Door de resultaten van ons klanteninterview en eerste NVH-metingen weten we het volgende: Er is een cabinetrilling bij snelwegsnelheden. De NVH-software heeft een eerste-orde snelheid gerelateerde bandentrilling vastgelegd (verticale as). De piektrilling vindt plaats bij 133 km/u. Er zijn gedurende de klachtperiode talloze procedures voor wiel balanceren en -uitlijnen uitgevoerd om het probleem aan te pakken, helaas zonder resultaat. De basisinspectie bevestigt geen zichtbare tekenen van schade aan onderdelen van de ophanging, lichtmetalen velgen en banden.

Klanten hebben vaak een begrijpelijke verleiding om hun voertuig aan te passen met modieuze accessoires, zoals velgen en banden. Hoewel deze een mooi uiterlijk detail kunnen geven, missen ze de fundamentele kwaliteitscontrole en techniek die bedoeld was voor het voertuigontwerp. Je zou kunnen stellen dat niets het uiterlijk van een voertuig meer verandert dan velgen en banden, maar ik weet ook dat niets het rijgedrag, prestaties, bestuurbaarheid en geluids-/trillingsniveaus van een voertuig meer verandert dan inferieure velgen en banden. De niet-originele banden van deze BMW hebben een sterclassificatie, wat betekent dat ze door BMW zijn goedgekeurd voor prestaties, vervorming en Radial Force Variation (RFV). RFV wordt vaak over het hoofd gezien of zelfs niet overwogen bij het diagnosticeren van cabinetrillingen. Het is echter de belangrijkste oorzaak van trillingsordes die verband houden met de snelheid van de band (T1, T2 en T3).

Een vraag die vaak wordt gesteld wanneer we een trilling hebben geïdentificeerd, is: "Hoe weten we welke hoek van het voertuig verantwoordelijk is voor de trilling?". Door gebruik te maken van de Pico NVH Advanced set (met een 4-kanaals PicoScope), hebben we het voordeel dat we op alle vier de hoeken van het voertuig een versnellingsmeter kunnen plaatsen om de trillingen te meten (eerste-orde bandentrilling op de verticale [Y] as). De volgende opname belicht de verticale trillingsniveaus die zijn vastgelegd door elke versnellingsmeter die op dit voertuig is geplaatst (figuur 2).

We zien dat het rode staafdiagram het hoogste trillingsniveau aangeeft dat overeenkomt met de linker voorzijde van het chassis in de directe nabijheid van het wiel. Ik denk echter dat we het erover eens kunnen zijn dat alle FT1- en RT1-staven een hoog trillingsniveau aangeven in de nabijheid van alle wielen. Hoewel de NVH-software de trillingsniveaus van het voor- en achterwiel van deze BMW heeft gescheiden, kunnen we zien dat de waarden bijna identiek zijn in termen van amplitude en frequentie (18,6 Hz). Dit komt omdat de totale diameters van de velg- en bandsamenstellingen bijna identiek zijn, ook al verschillen de bandenmaten (figuur 3). Met bijna identieke diameters draaien de voor- en achterwielen op bijna identieke frequenties. Onze NVH-software zal echter nog steeds de voor- en achterwielfrequenties afzonderlijk vermelden, zelfs met dergelijke minuscule verschillen.

In dit stadium van de diagnose, leverde de toepassing van vier versnellingsmeters geen conclusie op over de overtredende zone van het voertuig. Of toch wel? Wat zou zulke hoge niveaus van eerste-orde snelheid gerelateerde trillingen in alle vier de hoeken van het voertuig kunnen veroorzaken? Hoe zit het met vier onevenwichtige wielen of vervormde lichtmetalen velgen? Aangezien de wielen meerdere keren gebalanceerd zijn (en we geen toegang hadden tot een RFV-balancer), is de wiel run-out de volgende stap in de diagnose.

Figuur 2: het scopebeeld laat de verticale trillingsniveaus zien van elke versnellingsmeter die op de BMW geplaatst is.

Figuur 3: de totale diameters van de velg- en bandsamenstelling zijn zo goed als identiek, ondanks de verschillende bandenmaten.

Resultaten

Op basis van de vastgelegde testresultaten, heb ik van elke lichtmetalen velg, de radiale en laterale run-out van de band gemeten met een eenvoudige, beproefde meetklok. We voeren de meetprocedure uit met aanstootgevende resultaten. Het voertuig heeft onmiddellijke aandacht nodig om te worden hersteld naar het rijcomfort dat voor alle betrokken partijen acceptabel is.

Bij het meten van de velg hebben we aan het linker voorwiel een aanzienlijke laterale en radiale run-out vastgesteld, van ongeveer 0,7 mm en 1,45 mm. Dit zou als direct gevolg zeker de radiale run-out van de band beïnvloeden. We hebben de radiale run-out van 1,45 mm vastgelegd over een zeer korte wielrotatie (ongeveer 45°). Dit zou kunnen worden vergeleken met een "V"-vormige deuk in onze gewenste perfecte cirkel. Een dergelijke vervorming zou een eerste-orde snelheid gerelateerde bandentrilling (FT1 en RT1) opleveren, één storing per omwenteling van het wiel. Verdere metingen bevestigen een soortgelijk verhaal voor alle wielen. We hebben de klant geïnformeerd.

Na lang wikken en wegen hebben we op internet vier gebruikte lichtmetalen velgen/banden gevonden voor de BMW, die volledig origineel zijn. De sterclassificatie banden zijn nooit van de velgen verwijderd en dus in originele staat.

We installeren de wielen op het voertuig van de klant, zodat we de laterale en radiale run-out kunnen meten, voorafgaand aan het testen op de weg. We hebben zeker goud geslagen met deze band-velg combinatie, want ik meet een radiale run-out van de velgen van 0,15 mm.

Bevestiging van reparatie

Het bewijs zit in de resultaten. Metingen na reparatie leveren objectief bewijs dat alle betrokken partijen beschermt en zorgt voor vertrouwen tijdens de overdracht aan de klant. Zeker bij klachten over geluid of trillingen, is het kwalificeren van uitgevoerde reparatie van groot belang.

We maken dus nog een proefrit. Op basis van de metingen van de velgen/banden en de resultaten van de gemaakte NVH-meting (figuur 4), kunnen we concluderen dat we het trillingsniveau in de cabine, dat we toeschreven aan eerste-orde bandtrillingen (T1), hebben verbeterd, Als we de piekmeting van de verticale as aan het begin van het onderzoek (18,3 mg) vergelijken met onze waarden na reparatie (3,99 mg), hebben we het verticale trillingsniveau van de cabine bij 133 km/u verbeterd met meer dan 75%.

Figuur 4: ter controle van de diagnose een laatste proefrit. De diagnose dat de trilling in de cabine wordt veroorzaakt door eerste-orde bandentrillingen wordt bevestigd. Het trillingsniveau is met 75 procent verminderd.

Aanvullende opmerkingen

Eerder zei ik dat ik alleen remtrillingen door het stuur kon voelen en geen samengaande cabinetrilling bij een snelheid van 133 km/u. Kijkend naar het scoop-beeld (figuur 5), zien we dat we een tweede-orde snelheid gerelateerd bandentrilling (T2) hebben vastgelegd, die overeenkomt met twee verstoringen per wiel-omwenteling bij remmen op hoge snelheid. Hoewel dit niet de oorspronkelijke klacht van onze klant was, vond ik het noodzakelijk om deze bevindingen te rapporteren, aangezien het trillingsniveau identiek is aan het oorspronkelijke probleem (ongeveer 18 mg)! Door dit te doen, kunnen we verwarring bij de klant en verkeerde interpretatie achteraf voorkomen, terwijl we de integriteit van ons reparatieproces beschermen.

De klant is dolblij dat het probleem eindelijk is opgelost!

Figuur 5: geen klacht van de klant, maar de scopemeting bracht ook een tweede-orde bandentrilling (T2) aan het licht. Het niveau van deze trilling is met 18 mg bijna gelijk met het oorspronkelijke probleem. Belangrijk om ook deze klacht te rapporteren om verwarring achteraf te voorkomen.