電動真空泵的NVH優(yōu)化研究

宋巍 孫忠昌 侯聰聞 汪炳辰 石強(qiáng) 成功 賈巍

摘 要：隨著電動汽車發(fā)展，葉片電動真空泵被廣泛應(yīng)用，真空泵噪聲問題成為電動汽車NVH關(guān)注的問題。本文主要通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，仿真，有限元分析，LMS，3軸NVH傳感器，采集電動真空泵自身的能譜密度，為整車NVH分析提供激勵源數(shù)據(jù)，得出電動真空泵安裝在支架上，X、Y、Z三個方向的NVH數(shù)值，并結(jié)合CAE理論分析，優(yōu)化電動真空泵的消音蓋及減振裝置的設(shè)計，降低電動真空泵產(chǎn)品的NVH數(shù)值，提高電動汽車NVH性能。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;電動真空泵;NVH;噪音;CAE;最大加速度;換算為g值

0 前言

隨著汽車發(fā)展和環(huán)境的要求，電動汽車作為新能源汽車的重要組成，電動汽車銷量逐年增加，電動真空泵作為真空助力源，為真空助力器提供制動真空。獨立式電動真空泵應(yīng)用越來越廣泛，被電動汽車采用，同時真空泵的噪音問題在電動車研發(fā)上已成為NVH重點關(guān)注問題。在汽車助力制動系統(tǒng)中，電動車與傳統(tǒng)燃油汽車存在很大差異，它在設(shè)計上取消了發(fā)動機(jī)，真空的獲取通過電動真空泵來實現(xiàn)，因此電動真空泵的聲音成為關(guān)鍵的噪音問題。該噪音被駕駛員直接的感受到，因此電動真空泵噪音可以影響整車的NVH。本文闡述了電動真空泵噪音的測試方法、仿真改進(jìn)和評價指標(biāo)，通過將NVH測試結(jié)果與之前設(shè)定的NVH目標(biāo)進(jìn)行對比，當(dāng)測評結(jié)果不滿足目標(biāo)時，如何進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計方案，提高真空泵的NVH水平，最終滿足NVH性能目標(biāo)。

1 研究背景

近年來，隨著新能源電動汽車的發(fā)展，電動汽車在制動助力方面，目前比較成熟解決方案為采用傳統(tǒng)的真空助力器+真空罐+電動真空泵，因電動車上沒有燃油發(fā)動機(jī)，真空助力器不能從發(fā)動機(jī)進(jìn)氣岐管處獲取真空，故電動車需要單獨的電動真空泵來獲取真空，為真空助力器提供真空。電動真空泵因自身結(jié)構(gòu)以及轉(zhuǎn)速較高的原因，工作時有較大的噪音，加之電動汽車沒有發(fā)動機(jī)，整車噪音較小，真空泵噪音更加突顯。在新的解決方案取代真空助力器+真空罐+電動真空泵的方案之前，如何最大限度的降低電動真空泵噪音，獲得更好的駕駛感受，是每個電動汽車生產(chǎn)企業(yè)要面對的問題。

當(dāng)今市場上主流的電動真空泵主要有三種：葉片式電動真空泵、活塞式電動真空泵、膜片式電動真空泵、三種電動真空泵互有優(yōu)缺點，根據(jù)不同情況，應(yīng)用在不同的車型上。

由于技術(shù)的發(fā)展和客戶的需求，葉片式電動真空泵逐漸成為主流產(chǎn)品，目前市場上應(yīng)用最大的產(chǎn)品。葉片式電動真空主要由電機(jī)、防護(hù)罩、減振套、支撐套、O形密封圈、密封環(huán)、偏心環(huán)、定子、轉(zhuǎn)子、葉片、上蓋板、消音密封套、消音蓋。圖1所示。由于葉片式電動真空泵的結(jié)構(gòu)原因，工作時高速旋轉(zhuǎn)的石墨葉片與金屬腔體撞擊、摩擦，會發(fā)出較高的噪音。

葉片式電動真空泵工作時轉(zhuǎn)速高達(dá)5 200 r/s左右，會產(chǎn)生一定頻率的震動，雖然電動真空泵的泵體自帶橡膠減振套，作為橡膠減振套減震裝置，雖然真空泵通過橡膠減振套安裝在整車車架上，高頻的震動、抽氣噪聲、葉片摩擦噪聲仍會通過車架和噪聲通過隔音板傳導(dǎo)到駕駛室，造成非常不好的駕駛感受。

為降低葉片式電動真空泵體震動，對于常見的新能源車，葉片式電動真空泵都放在駕駛員機(jī)艙，靠近真空助力器、真空泵位置，一般優(yōu)先考慮電動真空泵布置在電機(jī)或減速器上，通過懸置系統(tǒng)將振動進(jìn)行二次衰減，由此，可以避免電動真空泵的噪音，通過整車本身傳遞到駕駛員處;考慮到空氣傳導(dǎo)的部分，可將電動真空泵布置在距離駕駛員位置最遠(yuǎn)的對角線端。

在整車應(yīng)用中，針對電動真空泵的考量指標(biāo)，主要包括電動真空泵的抽氣效率、尺寸、NVH、耐久性能、重量、成本等。NVH更為客戶關(guān)注點。所以我們加大研發(fā)力度，通過仿真技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計、測試方法等手段，提高整車的NVH，滿足客戶需求。本文闡述了電動真空泵噪音的測試方法、仿真改進(jìn)和評價指標(biāo)，通過將NVH測試結(jié)果與之前設(shè)定的NVH目標(biāo)進(jìn)行對比，當(dāng)測評結(jié)果不滿足目標(biāo)時，如何進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計方案，提高真空泵的NVH水平，最終滿足NVH性能目標(biāo)。

2 測試要求

2.1 NVH測試要求

（1）將試驗樣品電動真空泵（帶一級減振裝置）及之間總成按實車狀態(tài)安裝到試驗臺上;

（2）將聲級計分別布置在電動真空泵的上端、前段及后端三個方向聲級計拾音頭距真空泵泵體集合中心距離300 mm;

（3）將振動傳感器分別布置在真空泵消音蓋頂部正中間及真空泵支架任意位置，如圖（2）所示;

（4）常溫下啟動電動真空泵，工作電壓（12±01）V，真空度從0%抽到當(dāng)前大氣壓的85%停止;

（5）試驗時，在測點方向距離樣件表面2 m范圍內(nèi)不應(yīng)有障礙物，背景噪音不應(yīng)>60 dbB（A）。

2.2 判斷標(biāo)準(zhǔn)

（1）電動真空泵本體噪音要求：距離泵體中心300 mm，上端、前端、后端三個方向，取0 Hz～10 000 Hz內(nèi)RMS值，然后求平均值，電動真空泵本體噪聲≤70 dB;

（2）電動真空泵本體振動的要求：取0 Hz～4 000 Hz內(nèi)RMS振動值，電動真空泵本體振動，坐標(biāo)如圖（1）所示：X方向<1g;Y方向<1.5g;Z方向<0.7g;

（3）車身端支架振動要求：取0 Hz～4 000 Hz內(nèi)RMS振動值，坐標(biāo)如圖（2）所示：X方向≤0.03g;Y方向≤0.03g;Z方向≤0.02g。

本論文主要從改善電動真空泵減振裝置結(jié)構(gòu)、消音蓋結(jié)構(gòu)兩個方面，通過CAE有限元分析，從而實現(xiàn)電動真空泵本體及支架振動的優(yōu)化，以此滿足NVH測試要求，具體分析如下：

3 設(shè)計分析

減振裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析：

3.1 分析一級減振裝置硬度的影響

（1）對一級減振裝置的橡膠件（硬度為邵爾40）進(jìn)行分析，見圖3。

分析結(jié)果見表1：

（2）對1級減振裝置橡膠件硬度提高（邵爾65）進(jìn)行分析，見圖4。

分析結(jié)果見表2：

（3）結(jié)論：1級減振裝置橡膠件提高邵爾硬度后真空泵在0 Hz～4 000 Hz內(nèi)振動X、Y、Z方向加速度均有增大的趨勢。

3.2 分析2級減振裝置效果

（1）對2級減振裝置橡膠件（硬度為邵爾40）進(jìn)行分析，見圖5。

分析結(jié)果見表3：

（2）對2級減振裝置橡膠件硬度提高（邵爾65）進(jìn)行分析，見圖6。

分析結(jié)果見表4：

4 結(jié)論

葉片式真空泵由于自身結(jié)構(gòu)原因，工作時石墨葉片與金屬腔體摩擦、撞擊，產(chǎn)生較大的工作噪聲，為了降低噪聲，提高整車的NVH性能，將1級減振套變?yōu)?級減振套后真空泵在0 Hz～4 000 Hz內(nèi)振動X、Y、Z方向加速度都有明顯的降低;2級減振套提高邵爾硬度后真空泵在0 Hz～4 000 Hz內(nèi)振動X方向加速度有增大的趨勢，Y、Z方向加速度有降低的趨勢。通過采用上述方法，有效改善電動真空泵噪聲問題，本文中論述的方法和設(shè)計內(nèi)容和成果對其他電動車型及相似的結(jié)構(gòu)噪聲問題的解決具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]簡英杰，徐贊，邱笑寅，等.混合動力汽車高原制動真空度影響因素研究[J].汽車技術(shù)，2015（10）：34-40.

[2]程海波，張紅飛.電動真空泵在汽車制動系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].汽車與配件，2013（35）：33-35.

[3]關(guān)文達(dá).汽車構(gòu)造[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[4]張銘成.傳遞路徑分析法在整車NVH開發(fā)中的應(yīng)用[A].全國地方機(jī)械工程學(xué)會學(xué)術(shù)年會暨海峽兩岸機(jī)械科技論壇，2013：272-276.

[5]李京申，劉波.制動系統(tǒng)[M].北京：教育科學(xué)出版社，2014.

[6]李文惠，宋政富，張世強(qiáng)，等.汽車葉片式真空泵裝配方法研究[A].2019中國汽車工程學(xué)會年會論文集（5），?2019年.