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(tuán) 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(zhì)量問題一般會導(dǎo)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(fā)硬，需用力才能踩下去，而真空泵出現(xiàn)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(jìn)行防范，以避免出現(xiàn)交通事故，本文針對市場車輛出現(xiàn)的短里程故障，與相關(guān)部門和供應(yīng)商聯(lián)合進(jìn)行問題調(diào)研，將問題的根本原因排查出，并制定的改進(jìn)措施，避免類似的重復(fù)發(fā)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(xiàn)了制動故障燈點亮，踩踏板非常重在短時間內(nèi)出現(xiàn)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(xiàn)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(nèi)部故障導(dǎo)致保護(hù)電動真空泵通斷的保險絲熔斷，需進(jìn)一步分析產(chǎn)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(jī)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(zhuǎn)或者持續(xù)工作產(chǎn)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(jù)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(chǎn)生高電流的直接原因是堵轉(zhuǎn)。產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)的原因有兩點，一是泵腔中的零件轉(zhuǎn)動異常，造成啟動時電機(jī)堵轉(zhuǎn)，另一個原因是電動真空泵持續(xù)工作，溫度快速上升導(dǎo)致內(nèi)部零件受熱變形，電機(jī)的轉(zhuǎn)動阻力增大，最終表現(xiàn)為保險絲熔斷。

電動真空泵持續(xù)工作產(chǎn)生高溫和啟動堵轉(zhuǎn)均可通過故障件的零件特征進(jìn)行初步分析，零部件經(jīng)高溫工作，橡膠部件高溫熔化并產(chǎn)生焦味，金屬部件也會因溫度的升高表面顏色產(chǎn)生變化。故故障分析的第一步可將故障件進(jìn)行拆解，以驗證上述原因。經(jīng)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(zhuǎn)子存在碎裂的現(xiàn)象。故保險絲熔斷的間接原因是葉片和轉(zhuǎn)子碎裂導(dǎo)致電機(jī)堵轉(zhuǎn)而使電流上升。需進(jìn)一步分析導(dǎo)致葉片和轉(zhuǎn)子碎裂的原因。

圖3 葉片、轉(zhuǎn)子碎裂故障圖片

4 電動真空泵葉片和轉(zhuǎn)子碎裂的失效模式分析

電動真空泵葉片和轉(zhuǎn)子碎裂的失效機(jī)理可細(xì)分為葉片和轉(zhuǎn)子的來料不良、異物進(jìn)入、外力破壞、持續(xù)工作高溫變形和進(jìn)液等。每一項原因均有可能導(dǎo)致零件碎裂。

4.1 葉片、轉(zhuǎn)子來料不良原因分析

葉片和轉(zhuǎn)子來料不良包括葉片和轉(zhuǎn)子的來料強(qiáng)度不足和物料周轉(zhuǎn)損傷兩原因，葉片和轉(zhuǎn)子是產(chǎn)品的關(guān)鍵零部件，在電動真空泵工作工程中會高速旋轉(zhuǎn)和摩擦，在此過程中兩零件會產(chǎn)生較強(qiáng)的剪切力。葉片和轉(zhuǎn)子均為石墨材料，硬度高、但脆性大?？箯?qiáng)切能力弱。如生產(chǎn)過程的工藝穩(wěn)定性不良，抗剪切力低于標(biāo)準(zhǔn)要求，在啟動時的沖擊下，有可能造成葉片碎裂，進(jìn)而引起轉(zhuǎn)子碎裂。本文對該批次的葉片和轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)檢，復(fù)檢結(jié)果顯示強(qiáng)度滿足要求。

圖4 轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度檢測示意

圖5 轉(zhuǎn)子強(qiáng)度復(fù)檢結(jié)果

4.2 泵腔進(jìn)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(zhuǎn)的葉片和轉(zhuǎn)子造成損傷，故電動真空泵腔體內(nèi)部對清潔度有非常高的要求，根據(jù)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(zhuǎn)子碎屑進(jìn)行了材質(zhì)成分分析，共對金屬類、沙石類和橡膠類異物進(jìn)行檢測。檢測結(jié)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(jī)物)，SEM-EDS 元素分析結(jié)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(tài)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(chǎn)品磕碰與持續(xù)工作影響分析

產(chǎn)品的磕碰會造成泵腔中的葉片和轉(zhuǎn)子受沖擊力產(chǎn)生裂紋，裂紋隨摩擦加深，最后產(chǎn)生碎裂。故電動真空泵庫內(nèi)運(yùn)輸、專車轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)線裝配時均需做磕碰防護(hù)，以防止故障件流出。本文對產(chǎn)線成品轉(zhuǎn)運(yùn)、物流倉儲、總裝運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)進(jìn)行了排查，并對其指導(dǎo)文件進(jìn)行核對。確定該批次產(chǎn)品在以上操作環(huán)節(jié)無異常，但是產(chǎn)品上線時的總裝操作規(guī)范并不明確，員工可能存在產(chǎn)品掉落產(chǎn)線后再重裝配。進(jìn)行產(chǎn)品從工具車跌落試驗，跌落后產(chǎn)品外部存有磕碰痕跡，與故障件的外觀表現(xiàn)不一致，可確定非該因素導(dǎo)致的故障。

泵腔中的定子是粉末冶金材質(zhì)，電動真空泵持續(xù)工作會導(dǎo)致定子的溫度達(dá)到300°以上，持續(xù)的高溫會使該零件變色。產(chǎn)品拆解未發(fā)現(xiàn)存在變色現(xiàn)象，說明電動真空泵未有持續(xù)工作的工況。同時電動真空泵的進(jìn)氣口和排氣口均無液體進(jìn)入痕跡，也說明該故障非進(jìn)液或者持續(xù)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(dǎo)致真空泵故障的原因，故采用4M1E 法，即生產(chǎn)現(xiàn)場管理方法對產(chǎn)品產(chǎn)線進(jìn)行排查。以人、機(jī)、料、法、環(huán)五方面再進(jìn)行原因解析。

首先是人員職業(yè)能力符合排查，本文核查了排班計劃及當(dāng)天產(chǎn)品首、末檢記錄，當(dāng)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(shè)備、工具是否正常運(yùn)作，設(shè)備當(dāng)日停線8 次，缺失實際維護(hù)保養(yǎng)，與故障件同批次產(chǎn)線出現(xiàn)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(shè)備卡葉片可能造成葉片受損，在車輛運(yùn)行的短里程即發(fā)生故障。

圖10 設(shè)備故障統(tǒng)計圖

針對來料檢驗、方法、技術(shù)是否有變更、生產(chǎn)環(huán)境是否變化等均進(jìn)行了檢測，結(jié)果顯示無異常。故將主要問題點鎖定在設(shè)備卡葉片上，針對該問題對比了其他批次的設(shè)備卡葉片故障率，其他批次的故障率明顯較低。說明設(shè)備卡葉片與市場出現(xiàn)葉片和轉(zhuǎn)子碎裂的故障具有一定的關(guān)聯(lián)性。

圖11 不同月份設(shè)備卡葉片故障數(shù)對比圖

5 葉片、轉(zhuǎn)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(jīng)排查出，設(shè)備存在卡葉片，導(dǎo)致葉片故障的概率增加，故需將設(shè)備卡葉片的故障消除。保證產(chǎn)品不再出現(xiàn)市場故障隱患。經(jīng)對裝配線設(shè)備進(jìn)行了改善，包括葉片震動盤導(dǎo)軌內(nèi)部拋光；葉片塑料導(dǎo)軌更換；塑料導(dǎo)軌與接頭增加填充，消除間隙，避免卡料情況；葉片自動進(jìn)料端傳感器更換，進(jìn)行分辨率精度提升，減少誤判；經(jīng)上述改善，對后續(xù)連續(xù)3 個月的設(shè)備卡葉片問題進(jìn)行了跟蹤，卡葉片的概率明顯降低。同時市場上也未再出現(xiàn)葉片碎裂的故障。

針對市場出現(xiàn)的兩例真空泵保險絲熔斷問題，對該產(chǎn)品的生產(chǎn)、物流專業(yè)、產(chǎn)線總裝等環(huán)節(jié)進(jìn)行了全方位的排查，最終確定了問題產(chǎn)生的原因，并通過對設(shè)備的改善，將該問題進(jìn)行了閉環(huán)，同時也為后續(xù)產(chǎn)品的設(shè)計與質(zhì)量管控提供了依據(jù)。