汽車電子真空泵噪音影響機(jī)制探究

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摘要：根據(jù)電子真空泵的工作原理并結(jié)合整車應(yīng)用，基于相關(guān)驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)，提出降低真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)噪音以改善整車NVH的思路和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)新能源汽車的電子真空泵噪音的降低有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：新能源；電子真空泵；噪音；NVH

1前言

新能源汽車缺少發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管，沒有可供助力器使用的真空源，此時(shí)真空助力器不能為駕駛者提供助力，影響行車安全。電子真空泵可以保證助力器內(nèi)的真空度維持在一定的水平，保障行車的安全性。電子真空泵工作會(huì)產(chǎn)生噪音，新能源汽車沒有發(fā)動(dòng)機(jī)，真空泵噪音在駕駛室內(nèi)表現(xiàn)更加明顯。為了得到更好駕駛舒適感，對(duì)電子真空泵噪音優(yōu)化是新能源汽車主機(jī)廠要面對(duì)的問題。

2技術(shù)現(xiàn)狀

依據(jù)結(jié)構(gòu)差異，電子真空泵可以分為2種：葉片式、膜片式。葉片泵（圖1）噪音產(chǎn)生：葉片裝在轉(zhuǎn)子槽中，可在槽內(nèi)滑動(dòng)；電機(jī)工作帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，由于離心力作用，使葉片外端緊靠在定子內(nèi)壁摩擦產(chǎn)生噪音。同時(shí)葉片式真空泵電機(jī)工作轉(zhuǎn)速高達(dá)5000r/s，會(huì)產(chǎn)生?頻震動(dòng)噪音。膜片泵（圖2）噪音產(chǎn)生：膜片泵是通過電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與平衡塊偏心盤相連的連桿做往復(fù)式搖擺運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)隔膜片周期性變形，實(shí)現(xiàn)行程腔體積周期性改變。膜片泵電機(jī)轉(zhuǎn)速在2500r/s～3500r/s,電機(jī)聲相對(duì)葉片泵會(huì)比較小。但推桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工作震動(dòng)大，結(jié)構(gòu)噪音更高。

3電子真空泵（EVP）噪聲影響機(jī)制及優(yōu)化

噪聲評(píng)估主要以駕駛員右耳作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，駕駛員感受到的主要有噪聲、腳踏板及方向盤等關(guān)聯(lián)零件震動(dòng)帶來主觀感受。其來源有：EVP工作產(chǎn)生噪音，由空氣輻射到駕駛室；EVP工作產(chǎn)生振動(dòng)或引起其它零件振動(dòng)由車身等連接件傳到駕駛室。因此,噪聲優(yōu)化主要從3個(gè)方面去分析：產(chǎn)生噪音根源優(yōu)化、噪音傳播過程的削弱、噪音產(chǎn)生過程引起的其它異響。

3.1噪音根源優(yōu)化

①泵室潔凈度及加工精度控制，毛刺及異物會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子及葉片運(yùn)轉(zhuǎn)障礙發(fā)出異響噪聲。②裝配不當(dāng)，電機(jī)傳動(dòng)套垂直度差導(dǎo)致泵室平面度差，轉(zhuǎn)子與上下蓋板偏磨異響噪音。③葉片、轉(zhuǎn)子材料劣質(zhì)會(huì)發(fā)生干摩擦，德國(guó)西格里石墨因其自帶潤(rùn)滑功能，為目前行業(yè)轉(zhuǎn)子、葉片材料應(yīng)用最廣泛。④電機(jī)軸承內(nèi)缺少潤(rùn)滑，運(yùn)動(dòng)不平衡，干摩擦產(chǎn)生噪音。⑤降低EVP轉(zhuǎn)速來降低EVP整體噪音，改變EVP供電電壓、電機(jī)線圈或線徑直接影響電機(jī)轉(zhuǎn)速。EVP轉(zhuǎn)速越高，抽氣能力越強(qiáng)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生噪音越大。國(guó)內(nèi)某車型膜片泵噪音大，對(duì)真空泵電機(jī)線圈徑由0.56mm*13改為0.50mm*16，EVP總成平均轉(zhuǎn)速由3300rpm降低至2700rpm，EVP轉(zhuǎn)速降低后，駕駛室內(nèi)分貝值減小約2db。⑥調(diào)整轉(zhuǎn)子與定子間的間隙（轉(zhuǎn)子和定子間最小距離）。間隙過小，葉片和轉(zhuǎn)子摩擦力變大，對(duì)定子的撞擊加大使得噪聲變大。間隙設(shè)計(jì)過大，會(huì)導(dǎo)致抽氣效率低，同時(shí)噪音也會(huì)變小。間隙的選擇需要考慮產(chǎn)品性能、耐久等要求進(jìn)行評(píng)估，基于EVP供應(yīng)商臺(tái)架試驗(yàn)驗(yàn)證對(duì)比及相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，其設(shè)計(jì)間隙在0.01～0.04mm相對(duì)合理。

3.2噪音傳播過程的削弱

①通過布置加大EVP與駕駛室內(nèi)距離，或布置于本身很強(qiáng)減振機(jī)構(gòu)的動(dòng)力總成上，可對(duì)EVP空氣輻射、結(jié)構(gòu)傳遞噪音起到削弱作用；安裝在強(qiáng)度、剛度高的結(jié)構(gòu)上如左右前大梁，若真空泵安裝在強(qiáng)度剛度弱的結(jié)構(gòu)上如車身橫梁、保險(xiǎn)杠上，EVP產(chǎn)生振動(dòng)容易通過連接件傳遞至駕駛室，如國(guó)內(nèi)某車型膜片泵上其中兩個(gè)安裝點(diǎn)在前橫梁，前橫梁約束模態(tài)100Hz（仿真數(shù)據(jù)）與膜片泵（平均轉(zhuǎn)速3300rpm）的二階振動(dòng)100-105Hz耦合，導(dǎo)致NVH性能較差的重要原因之一，模態(tài)較低的部件，后面的模態(tài)也會(huì)更加密集，加大了與泵諧次頻率耦合的概率。因此，建議將安裝點(diǎn)更改到如大梁等剛度較大的部件。②在不考慮整車成本壓力，其整車NVH要求比較高時(shí)候，駕駛艙與前艙圍板處，即防火墻位置處增加隔音棉，對(duì)真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)噪音空氣輻射起到隔離作用。③行業(yè)內(nèi)葉片泵大多以減震橡膠與金屬襯套配合作為減震機(jī)構(gòu)，其減震墊材料硬度及與之配套的金屬襯套配合尺寸與減震能力息息相關(guān)。某車型減震墊硬度由55～50邵氏硬度調(diào)整為30～35邵氏硬度，“金屬襯套低于減震墊2mm”調(diào)整為“金屬襯套與減震墊高度平齊”可保證不因打扭力而改變減震墊硬度，調(diào)整后車內(nèi)分貝值貢獻(xiàn)下降了3db，對(duì)共振問題及主觀評(píng)價(jià)有改善作用，該車型市場(chǎng)廣泛應(yīng)用，未收到任何售后抱怨反饋。④真空軟管通過連接助力器、真空罐、真空泵連接，形成一個(gè)密閉的腔體，所連接零件有的不能做到隔振（與車身剛性連接），故真空軟管材料越軟，橡膠管（EPDM,NBR/PVC）比塑料管軟，減震能力更好。同時(shí)真空罐安裝在車身的固定點(diǎn)可增加隔振墊進(jìn)行固定，降低真空罐本身振動(dòng)向車內(nèi)傳遞。⑤EVP運(yùn)轉(zhuǎn)排出大量氣體，氣體流速高噪音大。針對(duì)膜片泵排氣端噪音優(yōu)化，可改善真空泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)（增加筋條等）來改變氣體的排出方向，同時(shí)因其排氣結(jié)構(gòu)空間大，保證排氣性能前提下，可通過增加吸音棉，調(diào)整消音棉密度（密度越大噪音越小）以削弱噪音；對(duì)于葉片泵排氣端噪音優(yōu)化，可通過增加排氣軟管，延長(zhǎng)并改變排氣通道，有效降低葉片泵的高頻噪聲，提高整車的NVH性能，如圖3。⑥對(duì)于膜片泵，可通過增加二級(jí)減振（如新增過渡支架及減震墊達(dá)到兩級(jí)減震效果），降低真空泵工作時(shí)振動(dòng)向車身傳遞，從而降低由EVP工作而引起的結(jié)構(gòu)噪聲。[1]國(guó)內(nèi)某車型膜片泵，泵體與支架通過一級(jí)減震墊固定死，膜片泵振動(dòng)大，導(dǎo)致駕駛室內(nèi)振動(dòng)噪音大，方向盤及踏板震感明顯；改善方案為泵與支架通過減震墊+彈簧減震（二級(jí)減震，如圖4），使用四點(diǎn)彈簧支撐，Z向主要是支撐泵的重力，X、Y向是主要振動(dòng)方向，可大幅度減小噪音及振動(dòng)（駕駛室內(nèi)分貝值減小＞5db）。運(yùn)用彈簧減震，在前期車型開發(fā)如下問題需注意和解決：1、由于使用彈簧懸置，沒有沖擊緩沖結(jié)構(gòu)，泵啟停時(shí)刻慣性力沖擊較大產(chǎn)生甩動(dòng)噪音，應(yīng)在彈簧座處有限位機(jī)構(gòu)，減少?gòu)椈苫瑒?dòng)。2、真空泵支架孔位及減震墊孔徑應(yīng)與真空泵安裝部位匹配、適用，配合間隙過小或孔位錯(cuò)誤均會(huì)導(dǎo)致彈簧座擠壓減震墊，彈簧運(yùn)動(dòng)受限，彈簧減震效果變?nèi)酢?、真空泵線束布置泵體下方，通過扎帶綁在真空管，易把真空泵向下拉扯，彈簧長(zhǎng)久受力變形，運(yùn)動(dòng)受約束；取消真空泵扎帶后，共振噪音、駕駛室內(nèi)方向盤及腳踏板振感小。4、EVP彈簧裝配過程，要求裝配人員檢查彈簧，要求裝配到位、與減震墊垂直不傾斜，減震墊上下安裝面要求貼合支架安裝面，減震墊安裝后其四個(gè)孔為圓形，減震墊扭曲變形，導(dǎo)致彈簧座與減震墊間隙變小，彈簧裝配傾斜，EVP運(yùn)動(dòng)受限，傳遞振動(dòng)噪音。3.3噪音產(chǎn)生過程所引起的其它異響、噪聲①在制動(dòng)系統(tǒng)中，為了保證系統(tǒng)能夠維持一定真空度不受外界大氣壓影響，通常會(huì)在真空系統(tǒng)真空管路中布置單向閥。其內(nèi)置單向閥開啟壓力大小直接影響氣流沖擊導(dǎo)致單向閥振動(dòng)傳遞至真空軟管從而傳遞到駕駛室。在某國(guó)產(chǎn)小型車上，發(fā)現(xiàn)電子真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)聲音不穩(wěn)定且噪音大，同時(shí)存在偶發(fā)性蛐蛐叫或類似水流等異響問題（某一真空度工況下），經(jīng)過一系列排查時(shí)候，用手觸摸帶單向閥的真空軟管（開啟單向閥真空度大于4KPa），電子真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生異響時(shí)，明顯感覺到真空軟管單向閥處振動(dòng)，振動(dòng)的真空軟管通過其安裝管夾傳遞到車身并傳遞到駕駛室。更換單向閥開啟壓力更小（開啟單向閥真空度小于2KPa）的真空軟管，噪音明顯變小且駕駛室內(nèi)異響消除。②電子真空泵啟動(dòng)瞬間，在真空泵抽氣口端，因進(jìn)入真空泵的氣流沖擊大，可通過在進(jìn)氣口端的真空軟管再串聯(lián)一個(gè)諧振腔，在一定程度上改變氣流沖擊，降低噪音。③消除共振異響聲，通過改進(jìn)制動(dòng)真空泵自身結(jié)構(gòu)，優(yōu)化安裝支架結(jié)構(gòu)，使制動(dòng)真空泵與安裝支架系統(tǒng)的模態(tài)避開制動(dòng)真空泵激勵(lì)頻率和車身安裝區(qū)域的固有模態(tài)頻率，避免制動(dòng)真空泵布置在結(jié)構(gòu)較為單薄的翼板等部位，導(dǎo)致制動(dòng)真空泵與安裝位置附近發(fā)生共振造成振動(dòng)傳遞加強(qiáng)。[1]

4結(jié)束語(yǔ)

本文通過對(duì)電子真空泵工作原理介紹，對(duì)真空泵車內(nèi)噪聲的影響機(jī)制進(jìn)行分析，提出了可優(yōu)化電子真空泵噪音的思路及方法，對(duì)新能源電子汽車的NVH改善有一定的指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳馨蕊，蔡忠清，邢玉濤，易舒.乘用車制動(dòng)真空泵的整車噪聲優(yōu)化[J].現(xiàn)代制造工程，2021（01）：64-68.

作者:李炳歡 梁廣發(fā) 王巍 李雪娟 黃國(guó)軍 韋琦 單位:柳州孔輝汽車科技有限公司 上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心