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電動汽車真空泵系統的可行性分析
信息來源:大路通官網 日期:2019-09-23

隨著環保政策與能源緊缺的加劇,國內電動車市場逐漸崛起,中國電動車市場逐漸引起世界的關注,國內市場也成為全球電動車主要市場。隨著電動汽車用戶數量的不斷增加,電動技術的不斷完善,對電動汽車的各種性能要求也將不斷提升,噪音問題作為電動車存在的基本問題,是電動車發展進程中不容忽視的。電動汽車的制動助力方面當前主要采用電動真空泵與電動助力器相結合的方式,電動汽車擺脫了對傳統燃油發動機的依賴,因此傳統的進氣歧管技術就無法利用到發動機上,只能借助單獨的真空泵系統提供真空;電動真空泵工作時受結構與速度的影響,往往會出現噪音,特別是排除發動機噪音后,真空泵的噪音將會更加突出。所以如何降低真空泵的噪音,成為車企的主要關注點與需要解決的問題所在。

1 、電動汽車真空泵應用現狀

當前電動汽車的真空泵可以分為活塞式電動真空泵、膜片式電動真空泵與葉片式電動真空泵三大類,這幾類真空泵形式與結構存在一定差異,各有優勢和劣勢,所以在不同的車型上具有不用的應用。受發展與歷史原因等的影響,造成當前以葉片式電動真空泵為主的局面,葉片式真空泵在高速工作過程中,金屬的內壁結構會與石墨材質的葉片發生摩擦,造成撞擊或噪音的出現。

結合電動汽車的整車情況,電動真空泵的主要指標表現為成本、重量、耐久性、尺寸與振動噪聲等。活塞式電動真空泵受耐久性的影響,多用于低俗運行的電動汽車中,同時決定了汽車對可靠性要求有限,制動性能也不會很高,因此車型以低端為主。膜片式電動真空泵的主要不足表現為工作腔體與膜片尺寸較大,結構上雙膜片表現為水平的放置,推桿在腔體內做循環往復運動,因此工作過程中的振動性較強,而且零部件的造價較高,但是相對于葉片式電動真空泵而言噪音的控制能力較好,噪音相對的低8-9dB。該類型真空泵用于對整車布局方面要求較低的車型中,成本要求用于對成本要求不高,噪音控制能力較好的車型上。

葉片式電動真空泵的的噪音分析。葉片式電動真空泵工作狀態下的轉速在 5000r/s 左右,因此存在高頻震動現象,雖然電動真空泵配備了橡膠墊進行減震,但是安裝位置上如果不進行合理設置,安裝于車架上時就會造成高頻震動到傳遞到駕駛室內,影響駕駛體驗。為降低泵體的振動傳導性能,使其得到充分的衰減,可以將電動真空泵置于前置前驅車的減速器或電機上,使其震動通過懸置裝置得到二次衰減,因此可以有效的降低電動真空泵的噪音,使其通過整車進行傳導出去;由于噪音可以通過空氣傳播,因此電動真空泵的設計上可以將其設置在距駕駛室最遠的的對角線上,降低噪音的傳遞。葉片式真空泵的位置選定后需要對連接支架進行結構設計和模擬分析,了解機械結構可能存在的共振現象,降低共振產生的噪音。

膜片式電動真空泵由泵體和電機組成,特點在于進排氣孔道處于泵體上,孔道的兩端含有對稱性的活塞組件,包含活塞桿、金屬嵌件與膜片等結構,墨片外圈直接與泵體連接,軸承亞裝載活塞桿的一端,帶偏心的芯軸與軸承連接,電機輸出軸與芯軸變現為過盈配合,芯軸受電機的驅動進行轉動,同時帶動活塞組件進行運動;膜片在活塞連桿的作用下發生變形運動,處于止點狀態時,膜片內的空間最大,處于抽氣狀態時,膜片內形成負壓,出現吸力,反之處于排氣狀態。為保證真空泵處于平衡狀態,泵體上常配置平衡塊。

活塞式真空泵又叫做往復式真空泵,主要依賴氣缸內的活塞進行往復運動實現氣體的吸入與排出。活塞式真空泵存在立式與臥式之分,還存在單缸與雙缸之分,因此排氣閥也有自由閥式與滑閥式之分。活塞式真空泵不受水蒸氣影響,結構穩定,容易操作,但極限真空度不高。

真空泵系統

2 、電動汽車真空泵噪音問題的分析

以某低速運行的電動汽車為例進行分析,電動真空泵為活塞式。直流電機直接與安裝好的偏心輪連接,在電機的運轉下通過偏心輪實現對左右對稱活塞的帶動,使活塞做往復運動,活塞上采用柔性活塞配件可以很好的密封結構,同時還可以降低汽缸和活塞之間的摩擦。基于活塞的運動,活塞和進氣閥之間的容積處于周期性的擴張與收縮中,保證缸體內氣壓處于周期性變化,實現氣流的單項傳遞,為系統提供真空環境。

結合開發過程與汽車使用過程的反饋,可以發現電動汽車與真空泵之間的振動噪音主要受下列問題的影響:

①電動真空泵與車輛的連接處設置不合理,造成減震效果下降,使振動直接傳遞到駕駛室或整車結構。

②電動真空泵與支架形成的真空泵系統存在一定的振動頻率,如果沒有充分考慮電動汽車上部件的固有頻率,可能會造成兩者的類似,造成真空泵系統共振的出現。

③電動真空泵的位置設計不合理,真空泵處于汽車結構較為單薄的翼板等部位,導致振動情況加劇,振動傳遞加強。

④電動真空泵受自身結構的影響,造成振動噪音的增加。

⑤電動真空泵的抽氣效率設置不合理。電動汽車的制動環節對真空的要求較高,因此要設置可是的真空泵抽氣效率或增加真空泵。當電動真空泵的抽氣效率在后半段大幅降低時,過低的真空度或造成空氣閥兩側壓差的異常,造成真空助力器的異常噪音。

⑥電動真空泵的氣動閥值設置不合理。真空泵的啟停閥值在很大程度上影響了真空泵的工作時間。一旦真空泵的啟動閥值超過標準數值較大時,就會使真空泵的啟動次數大大增加;一旦真空泵的啟動閥值過低時,就會增加電動真空泵的單次啟動時間,造成真空泵工作時間的延長,因此需要結合實際需求對啟動時間和啟動次數進行調節,找到合理的搭配。

3 、電動汽車真空泵噪音問題的對策

針對這類問題,需要進行如下方向的調節,降低振動噪音的影響:

①提升二級減震效果,電動汽車的真空泵常通過一級減震單元與支架相連,之后將整個支架通過螺栓螺母結構進行固定,實現與車身的連接,此時可以在連接部位增加橡膠墊,降低連接處的振動效果,形成二級隔振。

②傳統的設計中為提升減震性,往往采用較多的減震墊,這樣在很大程度上增加了振動的傳遞效果,此時可以適當減少減震墊數目,降低振動的傳遞效果。

③調整電動真空泵在電動汽車上的布局位置,將真空泵設置在剛度、強度較高的位置,避免直接與薄壁結構的連接;可以將電動真空泵與變速箱、電動機等大質量的系統連接在一起,充分利用原有的獨立減震機構,降低振動的傳導效果。

④對真空管的形式進行調節,使其與電動汽車的配氣需求保持一致;還可對真空管上卡扣的位置與數量進行調節,降低振動的出現。

⑤適當提高電動真空泵的抽氣效率增量。如果抽氣效率設置不合理,數值相對較低時,就會造成電動真空泵的單次工作時間的增加。所以可以適當提升該值,降低真空泵的持續工作時間。

⑥合理的調整真空泵的啟動閥值。采用車速傳感系統,將車速作為數據調節的依據,判斷路況。如果車速不高時,周圍環境大都比較擁堵,因此通過降低啟動閥值可以使啟動頻率大幅減少,此時啟動閥值的的降低不會降低向汽車提供的制動力,因為車速有限,可以滿足設計要求;如果行車速度較高時,需要較低的制動頻率,而且制動力需要較大,此時應適當提升真空泵啟動閥值。

⑦更換電動真空泵的形式。通過對電動真空泵的支架添加重塊,可以增加支架的穩定性,降低振動的傳導,實驗證明對比不加重塊時噪音得到有效控制。還可以選用噪音較低的膜片式真空泵,通過真空泵的改變可以使對噪音的控制下降到最低水平,特別是高頻噪聲和振動可以得到有效控制。

結合電動真空泵的具體應用環境,要實現對真空泵噪音的降低,可以采用以下措施進行調節:

①提升汽車前置機艙的密封性能。通過對機艙密封性進行改進,可以降低噪音向外的傳遞,實現將噪音控制在內部的目的,減少噪音向外部的擴散。

②針對電動真空泵的排氣噪音而言,雖然相對于整體而言噪音較小,但容易控制,通過加裝軟管等措施,可以將噪音控制在較低的范圍,起到降噪的目的。

③調節電動真空泵的功率,在滿足抽氣效率的前提下,適當減小功率,可以起到一定的降噪目的。

④改進真空罐的結構,采用新型設計,對真空罐的本體進行優化,降低罐體振動,特別是車身與罐體的連接位置,采用隔振處理,提升隔振效果,減少真空罐向車體傳遞的振動,改善車內的振動噪聲。

電動汽車擺脫了對傳統燃油發動機的依賴,主要采用電池進行供電,所以發動機之外的噪音就會顯得十分明顯。整車的噪音控制成為汽車設計環節的重點,因此在電動汽車的后續設計環節應對真空泵的噪音進行關注。本文結合電動汽車真空泵的應用現狀,指出常見的真空泵分類與噪音的潛在影響因素,為后續噪音分析提供指引,之后結合電動汽車真空泵噪音影響因素進行分析,最終提出有針對性的噪音改善對策,可以在很大程度上提升對電動汽車噪音的控制水平。


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