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电动真空泵的NVH 优化研究

2021-10-12 23:36:56·  来源：交通科技与管理  
　
摘　要：随着电动汽车发展，叶片电动真空泵被广泛应用，真空泵噪声问题成为电动汽车NVH 关注的问题。本文主要通过数据采集系统，仿真，有限元分析，LMS，3 轴NVH
摘　要：随着电动汽车发展，叶片电动真空泵被广泛应用，真空泵噪声问题成为电动汽车NVH 关注的问题。本文主要通过数据采集系统，仿真，有限元分析，LMS，3 轴NVH 传感器，采集电动真空泵自身的能谱密度，为整车NVH 分析提供激励源数据，得出电动真空泵安装在支架上，X、Y、Z 三个方向的NVH 数值，并结合CAE 理论分析，优化电动真空泵的消音盖及减振装置的设计，降低电动真空泵产品的NVH 数值，提高电动汽车NVH 性能。

关键词：新能源汽车；电动真空泵；NVH；噪音；CAE；最大加速度；换算为g 值

随着汽车发展和环境的要求，电动汽车作为新能源汽车的重要组成，电动汽车销量逐年增加，电动真空泵作为真空助力源，为真空助力器提供制动真空。独立式电动真空泵应用越来越广泛，被电动汽车采用，同时真空泵的噪音问题在电动车研发上已成为NVH 重点关注问题。在汽车助力制动系统中，电动车与传统燃油汽车存在很大差异，它在设计上取消了发动机，真空的获取通过电动真空泵来实现，因此电动真空泵的声音成为关键的噪音问题。该噪音被驾驶员直接的感受到，因此电动真空泵噪音可以影响整车的NVH。本文阐述了电动真空泵噪音的测试方法、仿真改进和评价指标，通过将NVH 测试结果与之前设定的NVH 目标进行对比，当测评结果不满足目标时，如何进行仿真优化设计方案，提高真空泵的NVH 水平，最终满足NVH 性能目标。

1 研究背景
近年来，随着新能源电动汽车的发展，电动汽车在制动助力方面，目前比较成熟解决方案为采用传统的真空助力器+ 真空罐+ 电动真空泵，因电动车上没有燃油发动机，真空助力器不能从发动机进气岐管处获取真空，故电动车需要单独的电动真空泵来获取真空，为真空助力器提供真空。电动真空泵因自身结构以及转速较高的原因，工作时有较大的噪音，加之电动汽车没有发动机，整车噪音较小，真空泵噪音更加突显。在新的解决方案取代真空助力器+ 真空罐+ 电动真空泵的方案之前，如何最大限度的降低电动真空泵噪音，获得更好的驾驶感受，是每个电动汽车生产企业要面对的问题。
当今市场上主流的电动真空泵主要有三种：叶片式电动真空泵、活塞式电动真空泵、膜片式电动真空泵、三种电动真空泵互有优缺点，根据不同情况，应用在不同的车型上。
由于技术的发展和客户的需求，叶片式电动真空泵逐渐成为主流产品，目前市场上应用最大的产品。叶片式电动真空主要由电机、防护罩、减振套、支撑套、O 形密封圈、密封环、偏心环、定子、转子、叶片、上盖板、消音密封套、消音盖。图1 所示。由于叶片式电动真空泵的结构原因，工作时高速旋转的石墨叶片与金属腔体撞击、摩擦，会发出较高的噪音。
叶片式电动真空泵工作时转速高达5 200 r/s 左右，会产生一定频率的震动，虽然电动真空泵的泵体自带橡胶减振套，作为橡胶减振套减震装置，虽然真空泵通过橡胶减振套安装在整车车架上，高频的震动、抽气噪声、叶片摩擦噪声仍会通过车架和噪声通过隔音板传导到驾驶室，造成非常不好的驾驶感受。
为降低叶片式电动真空泵体震动，对于常见的新能源车，叶片式电动真空泵都放在驾驶员机舱，靠近真空助力器、真空泵位置，一般优先考虑电动真空泵布置在电机或减速器上，通过悬置系统将振动进行二次衰减，由此，可以避免电动真空泵的噪音，通过整车本身传递到驾驶员处；考虑到空气传导的部分，可将电动真空泵布置在距离驾驶员位置最远的对角线端。

在整车应用中，针对电动真空泵的考量指标，主要包括电动真空泵的抽气效率、尺寸、NVH、耐久性能、重量、成本等。NVH 更为客户关注点。所以我们加大研发力度，通过仿真技术、优化设计、测试方法等手段，提高整车的NVH，满足客户需求。本文阐述了电动真空泵噪音的测试方法、仿真改进和评价指标，通过将NVH 测试结果与之前设定的NVH 目标进行对比，当测评结果不满足目标时，如何进行仿真优化设计方案，提高真空泵的NVH 水平，最终满足NVH 性能目标。
2 测试要求
2.1 NVH 测试要求
（1）将试验样品电动真空泵（带一级减振装置）及之间总成按实车状态安装到试验台上；
（2）将声级计分别布置在电动真空泵的上端、前段及后端三个方向声级计拾音头距真空泵泵体集合中心距离300 mm；
（3）将振动传感器分别布置在真空泵消音盖顶部正中间及真空泵支架任意位置，如图（2）所示；
（4）常温下启动电动真空泵，工作电压（12±01）V，真空度从0% 抽到当前大气压的85% 停止；
（5）试验时，在测点方向距离样件表面2 m 范围内不应有障碍物，背景噪音不应＞ 60 dbB（A）。
2.2 判断标准
（1）电动真空泵本体噪音要求：距离泵体中心300 mm，上端、前端、后端三个方向，取0 Hz~10 000 Hz 内RMS 值，然后求平均值，电动真空泵本体噪声≤ 70 dB；
（2）电动真空泵本体振动的要求：取0 Hz~4 000 Hz 内RMS 振动值，电动真空泵本体振动，坐标如图（1）所示：X 方向＜ 1g；Y 方向＜ 1.5g；Z 方向＜ 0.7g；
（3）车身端支架振动要求：取0 Hz~4 000 Hz 内RMS 振动值，坐标如图（2）所示：X 方向≤ 0.03g；Y 方向≤ 0.03g；Z 方向≤ 0.02g。

本论文主要从改善电动真空泵减振装置结构、消音盖结构两个方面，通过CAE 有限元分析，从而实现电动真空泵本体及支架振动的优化，以此满足NVH 测试要求，具体分析如下：
3 设计分析
减振装置结构优化分析：
3.1 分析一级减振装置硬度的影响
（1）对一级减振装置的橡胶件（硬度为邵尔40）进行分析，见图3。

分析结果见表1：

（3）结论：1 级减振装置橡胶件提高邵尔硬度后真空泵在0 Hz~4 000 Hz 内振动X、Y、Z 方向加速度均有增大的趋势。
3.2 分析2 级减振装置效果
（1）对2 级减振装置橡胶件（硬度为邵尔40）进行分析，见图5。

分析结果见表3：

（2）对2 级减振装置橡胶件硬度提高（邵尔65）进行分析，见图6。

分析结果见表4：

4 结论
叶片式真空泵由于自身结构原因，工作时石墨叶片与金属腔体摩擦、撞击，产生较大的工作噪声，为了降低噪声，提高整车的NVH 性能，将1 级减振套变为2 级减振套后真空泵在0 Hz~4 000 Hz 内振动X、Y、Z 方向加速度都有明显的降低；2 级减振套提高邵尔硬度后真空泵在0 Hz~4 000 Hz 内振动X 方向加速度有增大的趋势，Y、Z方向加速度有降低的趋势。通过采用上述方法，有效改善电动真空泵噪声问题，本文中论述的方法和设计内容和成果对其他电动车型及相似的结构噪声问题的解决具有一定的指导意义。
作者：宋　巍, 孙忠昌, 侯聪闻, 汪炳辰, 石　强, 成　功, 贾　巍
作者单位：（吉林东光奥威汽车制动系统有限公司, 长春 130012）
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