發布日期：2022-10-09 點擊率：235
摘要：電動真空泵噪音是現階段電動汽車必須要面對的問題，該噪音駕駛者能直觀感受到，對整車NVH有著較大影響；本文指出了電動真空泵的噪音來源并結合現階段的技術現狀提出了切實可行的降低噪音的方法，對電動汽車電動真空泵噪音的降低有一定的借鑒意義。
近年來，電動汽車行業在國家的鼓勵下有了迅猛的發展，電動汽車在制動助力方面，現在比較成熟解決方案為采用傳統的真空助力器+電動真空泵，因電動車沒有燃油車中的發動機，不能從發動機進氣岐管處獲取真空，故電動車需要匹配單獨的電動真空泵來獲取真空；電動真空泵因自身結構以及轉速較高的原因，工作時有較大的噪音，加之電動汽車沒有發動機，整車噪音較小，真空泵噪音更加凸顯。在新的解決方案取代真空助力器+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企業要面對的問題。
1技術現狀
現今市場上常見的電動真空泵主要有三種，葉片式電動真空泵、膜片式電動真空泵、活塞式電動真空泵，三種電動真空泵互有優劣，應用在不同的車型上。
由于歷史沿革等原因，現在市場上應用量最大的為葉片式電動真空泵，由于葉片式電動真空泵的結構原因，工作時高速旋轉的石墨葉片與金屬腔體撞擊、摩擦，會發出較高的噪音，噪音水平在三者中最高。
在整車應用中，針對電動真空泵的考量指標，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；其中活塞式電動真空泵因為耐久性能方面的原因，絕大部分應用在低速電動車等對制動性能及可靠性要求不高的車型上；膜片泵的主要短板，主要體現在：因其膜片直徑及工作腔體原因，尺寸較大、因其為雙膜片水平對置，推桿往復運動，工作時震動較大、單件成本較高等方面，但其在噪音方面有比較好的表現，相比于同規格葉片式電動真空泵，噪音低8~9分貝，故在整車布置空間方面要求不是太高，對成本不是特別敏感的情況下，可以采用膜片式電動真空泵，以獲得更好的噪音表現。
葉片式電動真空泵的噪音分析
布置位置
葉片式電動真空泵工作時轉速高達5000r/s，會產生高頻震動，雖然電動真空泵的泵體自帶橡膠墊，作為減震裝置，但真空泵若直接安裝在整車車架上，高頻的震動仍會通過車架傳導到駕駛室，造成非常不好的駕駛感受。
為衰減泵體震動，對于常見的前置前驅車，電動真空泵布置在電機或減速器上，通過懸置系統將震動進行二次衰減，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；考慮到空氣傳導的部分，可將電動真空泵布置在距離駕駛員位置最遠的對角線端。
布置位置選定后，電動真空泵與電機的連接支架設計需做好模態分析，規避可能發生共振的頻率，見圖4。
2噪聲持續時間
電動真空泵的工作時間，由電動真空泵的抽氣效率、容積、控制策略三者決定；
制動系統在設計階段，根據整車參數進行匹配計算，確定真空助力器的尺寸，由此可確定真空助力器的容積；根據真空助力器的容積，選擇真空罐的容積，一般按克拉伯龍方程進行計算；
(1)環境參數設定：大氣壓力為Po=100 kPa、氣體常數R、T為絕對壓力
(2)設定：
真空罐容積：V
初始狀態下真空度：Pi=85kPa
初始狀態下工作腔容積：Vl_0.2L
初始狀態下真空腔容積：V2=6.8L
初始狀態下真空罐及真空腔內摩爾體積： No
根據氣體克拉伯龍方程得：No=（Po-Pl）(V+V2) /RT
全制動至拐點時膜片行程：1=75%L=13.5mm
膜片增量體積：△V=2πR21=2π(25.4xl0/2) 2x13.5=1.37L
第一腳全制動至拐點后：工作腔體積：Vl+AV
真空腔體積：V2-△V
工作腔摩爾體積：N11
N11=Po( V1+AV) /RT
真空腔摩爾體積：N12
N12=( Po-Pl)(V2-△V)/RT
真空罐及真空腔內摩爾體積：
N10=(Po-Pl)(V+V2—AV)/RT=No
根據真空助力器結構特性可知，解除第一腳全制動，壓力平衡后，真空罐及真空助力器內摩爾體積：NI=NIO+NIl=NO+NII
同理，解除第四腳全制動，壓力平衡后，真空罐及真空助力器內摩爾體積：
NⅧ= NO+ 4NI1
同理，解除第九腳全制動，壓力平衡后，真空罐及真空助力器內摩爾體積：
NⅨ=N0+9NIl
假設滿足5腳應急制動，即第4腳全制動完成后真空助力器內壓力與大氣壓力平衡，即PⅣ= PO
NⅣ-PⅣ(V+V1+V2) /RT= N0+4NIl
100( V+7) /RT=(100-85)(V+6.8)/RT+4x100(0.2+1.37)/RT
得：V=0.3 5L
假設滿足9腳應急制動，即第8腳全制動完成后真空助力器內壓力與大氣壓力平衡，即PⅧ=PO
NⅧ=PⅧ(V+V1+V2) IRT= NO+ 8NI1
得：V=7.74L
以上計算，主要適用用于中大型電動汽車，因大型車普遍選用較大規格的真空助力器，單次制動消耗的真空較多，現階段電動真空泵的抽氣效率不能滿足其頻繁制動下的真空需求，而且中大型車制動時需要的制動力較大，對助力的依賴程度更高。對于小型電動車，若選用的電動真空泵抽氣效率滿足要求且可靠性達標的話，可以不匹配真空罐。
現在市場上，可以作為獨立真空源的葉片式電動真空泵種類單一，不同廠家的產品結構相似，可供選擇的余地不大，所以，真空罐的選擇對真空泵的工作時間，有著較大的影響。
電動真空泵的控制策略，對電動真空泵的工作時間，也有著不小的影響，現在比較成熟、完善的解決方案為：
(1)控制中，每20ms進行循環。
( 2) VACON真空泵開啟閥值，真空度低于此值時，EVP應開啟。
(3) VACOFF真空泵關斷閥值，真空度高于此值時，EVP應關閉。
(4)真空報警值VACLA，真空度低于此值時，儀表真空報警燈亮，見表1。
合理的設定真空泵啟停的閥值，對真空泵的工作時間有著重要的影響；真空助力器正常按助力特性曲線工作的真空度為-66.7Kpa，考慮有可能出現的泄露，真空泵停止工作閥值一般設定在略低于-66.7Kpa的-0.7Kpa。
電動真空泵的抽氣效率增量在后半段會顯著降低，而且過低的真空度會導致真空助力器工作時空氣閥兩側壓差過大導致真空助力器異響，故此值設置的不宜過低，否則會極大的增加電動真空泵的工作持續時間。
電動真空泵的啟動閥值過高的話，會增加電動真空泵的啟動次數，過低的話會增加單次啟動的工作時間，如何尋找到啟動次數和單次工作時間的結合點，比較好的解決辦法為：引入車速信號，以車速作為判定依據，實現對路況的簡單判定。車速較低時，多為城市或擁堵路況，啟動閥值較低，盡量減小啟動頻次，同時，因低速行車時對制動力的要求較低，較低的閥值也不會造成制動力不足。高速行車時，制動頻次較低，對制動力的要求較高，所以此時閥值相對升高。
3其他
在電動真空泵應用方面，還有一些措施，可以實現電動真空泵噪音的降低，但出于一些其他方面的考慮，并未全面的推廣；
增加前機艙密封性，可以有效降低真空泵噪音的傳播，在售的某款電動汽車車型，因其前艙密封性做的好，電動真空泵噪音較其他車型，有顯著降低。
適當降低電動真空泵的功率，在滿足抽氣效率要求的情況下，適當降低電動真空泵功率，也可以起到不錯的效果。
電動真空泵的排氣噪音，雖然不是噪音的主要貢獻部分，但在排氣口增加軟管等，也可以起到降低噪音的作用。
4結語
NVH是車輛設計與開發的重要部分，如何降低整車噪音，是每個主機廠都要面對的問題，本文站在主機廠的角度，簡要的介紹了一些降低電動真空泵噪音的實用方法，并結合整車開發的相關環節，提出相關要點。以期獲得更好的駕乘感受。
下一篇： PLC、DCS、FCS三大控
上一篇： MATLAB和Simulink在航
