电动汽车电动真空泵噪音问题研究

作者：汽车N些事
2020-05-28 08:26
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来源|汽车制动之家

知圈|进“动力电池测试社群”，请加微15221054164，备注测试摘要：电动真空泵噪音是现阶段电动汽车必须要面对的问题，该噪音驾驶者能直观感受到，对整车NVH有着较大影响；本文指出了电动真空泵的噪音来源并结合现阶段的技术现状提出了切实可行的降低噪音的方法，对电动汽车电动真空泵噪音的降低有一定的借鉴意义。近年来，电动汽车行业在国家的鼓励下有了迅猛的发展，电动汽车在制动助力方面，现在比较成熟解决方案为采用传统的真空助力器+电动真空泵，因电动车没有燃油车中的发动机，不能从发动机进气岐管处获取真空，故电动车需要匹配单独的电动真空泵来获取真空；电动真空泵因自身结构以及转速较高的原因，工作时有较大的噪音，加之电动汽车没有发动机，整车噪音较小，真空泵噪音更加凸显。在新的解决方案取代真空助力器+电动真空泵的方案之前，如何最大限度的降低电动真空泵噪音，获得更好的驾驶感受，是每个电动汽车生产企业要面对的问题。1、技术现状现今市场上常见的电动真空泵主要有三种，叶片式电动真空泵、膜片式电动真空泵、活塞式电动真空泵，三种电动真空泵互有优劣，应用在不同的车型上。由于历史沿革等原因，现在市场上应用量最大的为叶片式电动真空泵，由于叶片式电动真空泵的结构原因，工作时高速旋转的石墨叶片与金属腔体撞击、摩擦，会发出较高的噪音，噪音水平在三者中最高。在整车应用中，针对电动真空泵的考量指标，主要包括电动真空泵的抽气效率、尺寸、NVH、耐久性能、重量、成本等；其中活塞式电动真空泵因为耐久性能方面的原因，绝大部分应用在低速电动车等对制动性能及可靠性要求不高的车型上；膜片泵的主要短板，主要体现在：因其膜片直径及工作腔体原因，尺寸较大、因其为双膜片水平对置，推杆往复运动，工作时震动较大、单件成本较高等方面，但其在噪音方面有比较好的表现，相比于同规格叶片式电动真空泵，噪音低8~9分贝，故在整车布置空间方面要求不是太高，对成本不是特别敏感的情况下，可以采用膜片式电动真空泵，以获得更好的噪音表现。叶片式电动真空泵的噪音分析布置位置叶片式电动真空泵工作时转速高达5000r/s，会产生高频震动，虽然电动真空泵的泵体自带橡胶垫，作为减震装置，但真空泵若直接安装在整车车架上，高频的震动仍会通过车架传导到驾驶室，造成非常不好的驾驶感受。为衰减泵体震动，对于常见的前置前驱车，电动真空泵布置在电机或减速器上，通过悬置系统将震动进行二次衰减，由此，可以避免电动真空泵的噪音，通过整车本身传递到驾驶员处；考虑到空气传导的部分，可将电动真空泵布置在距离驾驶员位置最远的对角线端。

布置位置选定后，电动真空泵与电机的连接支架设计需做好模态分析，规避可能发生共振的频率，见图4。

2、噪声持续时间电动真空泵的工作时间，由电动真空泵的抽气效率、容积、控制策略三者决定；制动系统在设计阶段，根据整车参数进行匹配计算，确定真空助力器的尺寸，由此可确定真空助力器的容积；根据真空助力器的容积，选择真空罐的容积，一般按克拉伯龙方程进行计算；(1)环境参数设定：大气压力为Po=100kPa、气体常数R、T为绝对压力(2)设定：真空罐容积：V初始状态下真空度：Pi=85kPa初始状态下工作腔容积：Vl_0.2L初始状态下真空腔容积：V2=6.8L初始状态下真空罐及真空腔内摩尔体积：No根据气体克拉伯龙方程得：No=（Po-Pl）(V+V2)/RT全制动至拐点时膜片行程：1=75%L=13.5mm膜片增量体积：△V=2πR21=2π(25.4xl0/2)2x13.5=1.37L第一脚全制动至拐点后：工作腔体积：Vl+AV真空腔体积：V2-△V工作腔摩尔体积：N11N11=Po(V1+AV)/RT真空腔摩尔体积：N12N12=(Po-Pl)(V2-△V)/RT真空罐及真空腔内摩尔体积：N10=(Po-Pl)(V+V2—AV)/RT=No根据真空助力器结构特性可知，解除第一脚全制动，压力平衡后，真空罐及真空助力器内摩尔体积：NI=NIO+NIl=NO+NII同理，解除第四脚全制动，压力平衡后，真空罐及真空助力器内摩尔体积：NⅧ=NO+4NI1同理，解除第九脚全制动，压力平衡后，真空罐及真空助力器内摩尔体积：NⅨ=N0+9NIl假设满足5脚应急制动，即第4脚全制动完成后真空助力器内压力与大气压力平衡，即PⅣ=PONⅣ-PⅣ(V+V1+V2)/RT=N0+4NIl100(V+7)/RT=(100-85)(V+6.8)/RT+4x100(0.2+1.37)/RT得：V=0.35L假设满足9脚应急制动，即第8脚全制动完成后真空助力器内压力与大气压力平衡，即PⅧ=PONⅧ=PⅧ(V+V1+V2)IRT=NO+8NI1得：V=7.74L以上计算，主要适用用于中大型电动汽车，因大型车普遍选用较大规格的真空助力器，单次制动消耗的真空较多，现阶段电动真空泵的抽气效率不能满足其频繁制动下的真空需求，而且中大型车制动时需要的制动力较大，对助力的依赖程度更高。对于小型电动车，若选用的电动真空泵抽气效率满足要求且可靠性达标的话，可以不匹配真空罐。现在市场上，可以作为独立真空源的叶片式电动真空泵种类单一，不同厂家的产品结构相似，可供选择的余地不大，所以，真空罐的选择对真空泵的工作时间，有着较大的影响。电动真空泵的控制策略，对电动真空泵的工作时间，也有着不小的影响，现在比较成熟、完善的解决方案为：(1)控制中，每20ms进行循环。(2)VACON真空泵开启阀值，真空度低于此值时，EVP应开启。(3)VACOFF真空泵关断阀值，真空度高于此值时，EVP应关闭。(4)真空报警值VACLA，真空度低于此值时，仪表真空报警灯亮，见表1。合理的设定真空泵启停的阀值，对真空泵的工作时间有着重要的影响；真空助力器正常按助力特性曲线工作的真空度为-66.7Kpa，考虑有可能出现的泄露，真空泵停止工作阀值一般设定在略低于-66.7Kpa的-0.7Kpa。电动真空泵的抽气效率增量在后半段会显著降低，而且过低的真空度会导致真空助力器工作时空气阀两侧压差过大导致真空助力器异响，故此值设置的不宜过低，否则会极大的增加电动真空泵的工作持续时间。电动真空泵的启动阀值过高的话，会增加电动真空泵的启动次数，过低的话会增加单次启动的工作时间，如何寻找到启动次数和单次工作时间的结合点，比较好的解决办法为：引入车速信号，以车速作为判定依据，实现对路况的简单判定。车速较低时，多为城市或拥堵路况，启动阀值较低，尽量减小启动频次，同时，因低速行车时对制动力的要求较低，较低的阀值也不会造成制动力不足。高速行车时，制动频次较低，对制动力的要求较高，所以此时阀值相对升高。

3、其他在电动真空泵应用方面，还有一些措施，可以实现电动真空泵噪音的降低，但出于一些其他方面的考虑，并未全面的推广；增加前机舱密封性，可以有效降低真空泵噪音的传播，在售的某款电动汽车车型，因其前舱密封性做的好，电动真空泵噪音较其他车型，有显著降低。适当降低电动真空泵的功率，在满足抽气效率要求的情况下，适当降低电动真空泵功率，也可以起到不错的效果。电动真空泵的排气噪音，虽然不是噪音的主要贡献部分，但在排气口增加软管等，也可以起到降低噪音的作用。4、结语NVH是车辆设计与开发的重要部分，如何降低整车噪音，是每个主机厂都要面对的问题，本文站在主机厂的角度，简要的介绍了一些降低电动真空泵噪音的实用方法，并结合整车开发的相关环节，提出相关要点。以期获得更好的驾乘感受。参考文献：[1]程海波，张红飞：《汽车与配件》，2013年第35期．

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