電動真空泵短里程故障問題解決思路

李航 王歡歡 史路浩 徐梅梅 辛慶鋒 吳海軍

浙江吉利控股集團 浙江吉智新能源汽車科技有限公司 浙江省杭州市 310014

1 前言

電動真空泵的質量問題一般會導致車輛無真空助力，給駕駛員的直觀感覺就是踩制動踏板時發硬，需用力才能踩下去，而真空泵出現故障時，駕駛員如未察覺儀表提示，在有制動需求時還按正常的踩制動力度實施制動，會造成制動距離不足，而使車輛追尾或者撞倒行人，故真空泵的故障需要進行防范，以避免出現交通事故，本文針對市場車輛出現的短里程故障，與相關部門和供應商聯合進行問題調研，將問題的根本原因排查出，并制定的改進措施，避免類似的重復發生。

2 電動真空泵故障問題描述

某車型在車輛交付客戶后，在行駛過程出現了制動故障燈點亮，踩踏板非常重在短時間內出現了兩例電動真空泵燒保險的故障，故障里程分別為102 公里和1053 公里，屬于短里程故障，將熔斷的保險絲更換后，車輛上電再次出現保險絲熔斷的故障。在更換了電動真空泵后，故障得以解決。檢查電動真空泵零件的外觀，并未有磕碰痕跡，初步確定是電動真空泵內部故障導致保護電動真空泵通斷的保險絲熔斷，需進一步分析產生該故障的原因。

圖1 儀表制動故障燈亮

圖2 保險絲熔斷故障圖片

3 電動真空泵保險絲熔斷的故障機理分析

保險絲的作用是為保證電器部件和線路不受過高電流或者過熱溫度影響，在電器部件存在堵轉或者持續工作產生高熱量時，先行熔斷保險絲，切斷電器部件的電路，保證電器部件不受影響。根據電動真空泵的工作特性，保險絲被熔斷顯示線路存在過高的電流，電動真空泵產生高電流的直接原因是堵轉。產生堵轉的原因有兩點，一是泵腔中的零件轉動異常，造成啟動時電機堵轉，另一個原因是電動真空泵持續工作，溫度快速上升導致內部零件受熱變形，電機的轉動阻力增大，最終表現為保險絲熔斷。

電動真空泵持續工作產生高溫和啟動堵轉均可通過故障件的零件特征進行初步分析，零部件經高溫工作，橡膠部件高溫熔化并產生焦味，金屬部件也會因溫度的升高表面顏色產生變化。故故障分析的第一步可將故障件進行拆解，以驗證上述原因。經拆解，橡膠件無異常，金屬表面無顏色變化，泵腔中的葉片和轉子存在碎裂的現象。故保險絲熔斷的間接原因是葉片和轉子碎裂導致電機堵轉而使電流上升。需進一步分析導致葉片和轉子碎裂的原因。

圖3 葉片、轉子碎裂故障圖片

4 電動真空泵葉片和轉子碎裂的失效模式分析

電動真空泵葉片和轉子碎裂的失效機理可細分為葉片和轉子的來料不良、異物進入、外力破壞、持續工作高溫變形和進液等。每一項原因均有可能導致零件碎裂。

4.1 葉片、轉子來料不良原因分析

葉片和轉子來料不良包括葉片和轉子的來料強度不足和物料周轉損傷兩原因，葉片和轉子是產品的關鍵零部件，在電動真空泵工作工程中會高速旋轉和摩擦，在此過程中兩零件會產生較強的剪切力。葉片和轉子均為石墨材料，硬度高、但脆性大?？箯娗心芰θ?。如生產過程的工藝穩定性不良，抗剪切力低于標準要求，在啟動時的沖擊下，有可能造成葉片碎裂，進而引起轉子碎裂。本文對該批次的葉片和轉子的強度進行復檢，復檢結果顯示強度滿足要求。

圖4 轉子扭轉強度檢測示意

圖5 轉子強度復檢結果

4.2 泵腔進入異物對影響因素分析

電動真空泵腔中的異物會對高速旋轉的葉片和轉子造成損傷，故電動真空泵腔體內部對清潔度有非常高的要求，根據要求，泵腔中不允許有600um 的異物。本文對泵腔中碎裂的葉片和轉子碎屑進行了材質成分分析，共對金屬類、沙石類和橡膠類異物進行檢測。檢測結果顯示泵腔中的異物無明顯金屬光澤，從紅外光譜分析，異物幾乎無紅外吸收峰(即異物非有機物)，SEM-EDS 元素分析結果顯示，異物主要元素為C，含有微量的P。說明異物主要元素為碳，紅外無吸收，判斷其為石墨的可能性較大。

圖6 泵腔碎屑包裝

圖7 碎屑顯微鏡形態分析圖

圖8 碎屑SEM 元素分析

圖9 碎屑EDS 元素成分分析

4.3 產品磕碰與持續工作影響分析

產品的磕碰會造成泵腔中的葉片和轉子受沖擊力產生裂紋，裂紋隨摩擦加深，最后產生碎裂。故電動真空泵庫內運輸、專車轉運和產線裝配時均需做磕碰防護，以防止故障件流出。本文對產線成品轉運、物流倉儲、總裝運輸等環節進行了排查，并對其指導文件進行核對。確定該批次產品在以上操作環節無異常，但是產品上線時的總裝操作規范并不明確，員工可能存在產品掉落產線后再重裝配。進行產品從工具車跌落試驗，跌落后產品外部存有磕碰痕跡，與故障件的外觀表現不一致，可確定非該因素導致的故障。

泵腔中的定子是粉末冶金材質，電動真空泵持續工作會導致定子的溫度達到300°以上，持續的高溫會使該零件變色。產品拆解未發現存在變色現象，說明電動真空泵未有持續工作的工況。同時電動真空泵的進氣口和排氣口均無液體進入痕跡，也說明該故障非進液或者持續工作造成的。

4.4 4M1E 法分析真空泵故障原因

以上分析均未解析出導致真空泵故障的原因，故采用4M1E 法，即生產現場管理方法對產品產線進行排查。以人、機、料、法、環五方面再進行原因解析。

首先是人員職業能力符合排查，本文核查了排班計劃及當天產品首、末檢記錄，當班員工為老員工，入職已6 年，人員技能3 級，僅次于線長，該項符合。

其次排查設備、工具是否正常運作，設備當日停線8 次，缺失實際維護保養，與故障件同批次產線出現8 次葉片輸送線卡葉片情況，維修停線合計60 分鐘。其中2 次軌道卡葉片，4 次管路卡葉片，1次3# 分料氣缸卡葉片。設備卡葉片可能造成葉片受損，在車輛運行的短里程即發生故障。

圖10 設備故障統計圖

針對來料檢驗、方法、技術是否有變更、生產環境是否變化等均進行了檢測，結果顯示無異常。故將主要問題點鎖定在設備卡葉片上，針對該問題對比了其他批次的設備卡葉片故障率，其他批次的故障率明顯較低。說明設備卡葉片與市場出現葉片和轉子碎裂的故障具有一定的關聯性。

圖11 不同月份設備卡葉片故障數對比圖

5 葉片、轉子碎裂故障問題改善

電動真空泵保險絲熔斷的故障原因已經排查出，設備存在卡葉片，導致葉片故障的概率增加，故需將設備卡葉片的故障消除。保證產品不再出現市場故障隱患。經對裝配線設備進行了改善，包括葉片震動盤導軌內部拋光；葉片塑料導軌更換；塑料導軌與接頭增加填充，消除間隙，避免卡料情況；葉片自動進料端傳感器更換，進行分辨率精度提升，減少誤判；經上述改善，對后續連續3 個月的設備卡葉片問題進行了跟蹤，卡葉片的概率明顯降低。同時市場上也未再出現葉片碎裂的故障。

針對市場出現的兩例真空泵保險絲熔斷問題，對該產品的生產、物流專業、產線總裝等環節進行了全方位的排查，最終確定了問題產生的原因，并通過對設備的改善，將該問題進行了閉環，同時也為后續產品的設計與質量管控提供了依據。