宋巍 孫忠昌 侯聰聞 汪炳辰 石強(qiáng) 成功 賈巍

摘 要：隨著電動(dòng)汽車發(fā)展，葉片電動(dòng)真空泵被廣泛應(yīng)用，真空泵噪聲問題成為電動(dòng)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(dòng)真空泵自身的能譜密度，為整車NVH分析提供激勵(lì)源數(shù)據(jù)，得出電動(dòng)真空泵安裝在支架上，X、Y、Z三個(gè)方向的NVH數(shù)值，并結(jié)合CAE理論分析，優(yōu)化電動(dòng)真空泵的消音蓋及減振裝置的設(shè)計(jì)，降低電動(dòng)真空泵產(chǎn)品的NVH數(shù)值，提高電動(dòng)汽車NVH性能。

關(guān)鍵詞：新能源汽車;電動(dòng)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(dòng)汽車作為新能源汽車的重要組成，電動(dòng)汽車銷量逐年增加，電動(dòng)真空泵作為真空助力源，為真空助力器提供制動(dòng)真空。獨(dú)立式電動(dòng)真空泵應(yīng)用越來越廣泛，被電動(dòng)汽車采用，同時(shí)真空泵的噪音問題在電動(dòng)車研發(fā)上已成為NVH重點(diǎn)關(guān)注問題。在汽車助力制動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)車與傳統(tǒng)燃油汽車存在很大差異，它在設(shè)計(jì)上取消了發(fā)動(dòng)機(jī)，真空的獲取通過電動(dòng)真空泵來實(shí)現(xiàn)，因此電動(dòng)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(dòng)真空泵噪音可以影響整車的NVH。本文闡述了電動(dòng)真空泵噪音的測試方法、仿真改進(jìn)和評(píng)價(jià)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(duì)比，當(dāng)測評(píng)結(jié)果不滿足目標(biāo)時(shí)，如何進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)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(dòng)汽車的發(fā)展，電動(dòng)汽車在制動(dòng)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(dòng)真空泵，因電動(dòng)車上沒有燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，真空助力器不能從發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣岐管處獲取真空，故電動(dòng)車需要單獨(dú)的電動(dòng)真空泵來獲取真空，為真空助力器提供真空。電動(dòng)真空泵因自身結(jié)構(gòu)以及轉(zhuǎn)速較高的原因，工作時(shí)有較大的噪音，加之電動(dòng)汽車沒有發(fā)動(dòng)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(dòng)真空泵的方案之前，如何最大限度的降低電動(dòng)真空泵噪音，獲得更好的駕駛感受，是每個(gè)電動(dòng)汽車生產(chǎn)企業(yè)要面對(duì)的問題。

當(dāng)今市場上主流的電動(dòng)真空泵主要有三種：葉片式電動(dòng)真空泵、活塞式電動(dòng)真空泵、膜片式電動(dòng)真空泵、三種電動(dòng)真空泵互有優(yōu)缺點(diǎn)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)真空泵的結(jié)構(gòu)原因，工作時(shí)高速旋轉(zhuǎn)的石墨葉片與金屬腔體撞擊、摩擦，會(huì)發(fā)出較高的噪音。

葉片式電動(dòng)真空泵工作時(shí)轉(zhuǎn)速高達(dá)5 200 r/s左右，會(huì)產(chǎn)生一定頻率的震動(dòng)，雖然電動(dòng)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(dòng)、抽氣噪聲、葉片摩擦噪聲仍會(huì)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(dòng)真空泵體震動(dòng)，對(duì)于常見的新能源車，葉片式電動(dòng)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(dòng)真空泵布置在電機(jī)或減速器上，通過懸置系統(tǒng)將振動(dòng)進(jìn)行二次衰減，由此，可以避免電動(dòng)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(dòng)真空泵布置在距離駕駛員位置最遠(yuǎn)的對(duì)角線端。

在整車應(yīng)用中，針對(duì)電動(dòng)真空泵的考量指標(biāo)，主要包括電動(dòng)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(diǎn)。所以我們加大研發(fā)力度，通過仿真技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、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(dòng)真空泵噪音的測試方法、仿真改進(jìn)和評(píng)價(jià)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(duì)比，當(dāng)測評(píng)結(jié)果不滿足目標(biāo)時(shí)，如何進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)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(yàn)樣品電動(dòng)真空泵（帶一級(jí)減振裝置）及之間總成按實(shí)車狀態(tài)安裝到試驗(yàn)臺(tái)上;

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

（3）將振動(dòng)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(dòng)電動(dòng)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(yàn)時(shí)，在測點(diǎn)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(dòng)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(gè)方向，取0 Hz～10 000 Hz內(nèi)RMS值，然后求平均值，電動(dòng)真空泵本體噪聲≤70 dB;

（2）電動(dòng)真空泵本體振動(dòng)的要求：取0 Hz～4 000 Hz內(nèi)RMS振動(dòng)值，電動(dòng)真空泵本體振動(dòng)，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(dòng)要求：取0 Hz～4 000 Hz內(nèi)RMS振動(dòng)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(dòng)真空泵減振裝置結(jié)構(gòu)、消音蓋結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面，通過CAE有限元分析，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)真空泵本體及支架振動(dòng)的優(yōu)化，以此滿足NVH測試要求，具體分析如下：

3 設(shè)計(jì)分析

減振裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析：

3.1 分析一級(jí)減振裝置硬度的影響

（1）對(duì)一級(jí)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(duì)1級(jí)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(jí)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(dòng)X、Y、Z方向加速度均有增大的趨勢。

3.2 分析2級(jí)減振裝置效果

（1）對(duì)2級(jí)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(duì)2級(jí)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(shí)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(jí)減振套變?yōu)?級(jí)減振套后真空泵在0 Hz～4 000 Hz內(nèi)振動(dòng)X、Y、Z方向加速度都有明顯的降低;2級(jí)減振套提高邵爾硬度后真空泵在0 Hz～4 000 Hz內(nèi)振動(dòng)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(dòng)真空泵噪聲問題，本文中論述的方法和設(shè)計(jì)內(nèi)容和成果對(duì)其他電動(dòng)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(dòng)力汽車高原制動(dòng)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(dòng)真空泵在汽車制動(dòng)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(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)暨海峽兩岸機(jī)械科技論壇，2013：272-276.

[5]李京申，劉波.制動(dòng)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(huì)年會(huì)論文集（5），?2019年.