新能源汽车电子真空泵噪音影响机制研究

李炳欢 梁广发 王巍 李雪娟 黄国军 韦琦

摘 要：根据电子真空泵的工作原理并结合整车应用，基于相关验证经验，提出降低真空泵运转噪音以改善整车NVH的思路和开发经验，对新能源汽车的电子真空泵噪音的降低有一定的指导作用。

关键词：新能源 电子真空泵 噪音 NVH

Abstract：According to the working principle of the electronic vacuum pump and combined with the application of the vehicle， based on relevant verification experience， the idea and development experience of reducing the operating noise of the vacuum pump to improve the NVH of the vehicle are proposed， which has a certain guiding effect on the reduction of the noise of the electronic vacuum pump of the new energy vehicle.

Key words：new energy， electronic vacuum pump， noise， NVH

1 前言

新能源汽車缺少发动机进气歧管，没有可供助力器使用的真空源，此时真空助力器不能为驾驶者提供助力，影响行车安全。电子真空泵可以保证助力器内的真空度维持在一定的水平，保障行车的安全性。电子真空泵工作会产生噪音，新能源汽车没有发动机，真空泵噪音在驾驶室内表现更加明显。为了得到更好驾驶舒适感，对电子真空泵噪音优化是新能源汽车主机厂要面对的问题。

2 技术现状

依据结构差异，电子真空泵可以分为2种：叶片式、膜片式。

叶片泵（图1）噪音产生：叶片装在转子槽中，可在槽内滑动;电机工作带动转子转动，由于离心力作用，使叶片外端紧靠在定子内壁摩擦产生噪音。同时叶片式真空泵电机工作转速高达5000r/s，会产生髙频震动噪音。

膜片泵（图2）噪音产生：膜片泵是通过电机转动，带动与平衡块偏心盘相连的连杆做往复式摇摆运动，带动隔膜片周期性变形，实现行程腔体积周期性改变。膜片泵电机转速在2500r/s～3500r/s，电机声相对叶片泵会比较小。但推杆往复运动，工作震动大，结构噪音更高。

3 电子真空泵（EVP）噪声影响机制及优化

噪声评估主要以驾驶员右耳作为评判标准，驾驶员感受到的主要有噪声、脚踏板及方向盘等关联零件震动带来主观感受。其来源有：EVP工作产生噪音，由空气辐射到驾驶室;EVP工作产生振动或引起其它零件振动由车身等连接件传到驾驶室。因此，噪声优化主要从3个方面去分析：产生噪音根源优化、噪音传播过程的削弱、噪音产生过程引起的其它异响。

3.1 噪音根源优化

①泵室洁净度及加工精度控制，毛刺及异物会导致转子及叶片运转障碍发出异响噪声。

②装配不当，电机传动套垂直度差导致泵室平面度差，转子与上下盖板偏磨异响噪音。

③叶片、转子材料劣质会发生干摩擦，德国西格里石墨因其自带润滑功能，为目前行业转子、叶片材料应用最广泛。

④电机轴承内缺少润滑，运动不平衡，干摩擦产生噪音。

⑤降低EVP转速来降低EVP整体噪音，改变EVP供电电压、电机线圈或线径直接影响电机转速。EVP转速越高，抽气能力越强，电机运转产生噪音越大。国内某车型膜片泵噪音大，对真空泵电机线圈径由 0.56mm*13 改为 0.50mm*16，EVP总成平均转速由3300rpm降低至2700rpm，EVP转速降低后，驾驶室内分贝值减小约2db。

⑥调整转子与定子间的间隙（转子和定子间最小距离）。间隙过小，叶片和转子摩擦力变大，对定子的撞击加大使得噪声变大。间隙设计过大，会导致抽气效率低，同时噪音也会变小。间隙的选择需要考虑产品性能、耐久等要求进行评估，基于EVP供应商台架试验验证对比及相关的经验，其设计间隙在 0.01～0.04mm相对合理。

3.2 噪音传播过程的削弱

①通过布置加大EVP与驾驶室内距离，或布置于本身很强减振机构的动力总成上，可对EVP空气辐射、结构传递噪音起到削弱作用;安装在强度、刚度高的结构上如左右前大梁，若真空泵安装在强度刚度弱的结构上如车身横梁、保险杠上，EVP产生振动容易通过连接件传递至驾驶室，如国内某车型膜片泵上其中两个安装点在前横梁，前横梁约束模态100Hz（仿真数据）与膜片泵（平均转速3300rpm）的二阶振动100-105Hz耦合，导致NVH性能较差的重要原因之一，模态较低的部件，后面的模态也会更加密集，加大了与泵谐次频率耦合的概率。因此，建议将安装点更改到如大梁等刚度较大的部件。

②在不考虑整车成本压力，其整车NVH要求比较高时候，驾驶舱与前舱围板处，即防火墙位置处增加隔音棉，对真空泵运转噪音空气辐射起到隔离作用。

③行业内叶片泵大多以减震橡胶与金属衬套配合作为减震机构，其减震垫材料硬度及与之配套的金属衬套配合尺寸与减震能力息息相关。某车型减震垫硬度由55～50邵氏硬度调整为30～35邵氏硬度，“金属衬套低于减震垫2mm”调整为“金属衬套与减震垫高度平齐”可保证不因打扭力而改变减震垫硬度，调整后车内分贝值贡献下降了3db，对共振问题及主观评价有改善作用，该车型市场广泛应用，未收到任何售后抱怨反馈。

④真空软管通过连接助力器、真空罐、真空泵连接，形成一个密闭的腔体，所连接零件有的不能做到隔振（与车身刚性连接），故真空软管材料越软，橡胶管（EPDM，NBR/PVC）比塑料管软，减震能力更好。同时真空罐安装在车身的固定点可增加隔振垫进行固定，降低真空罐本身振动向车内传递。

⑤EVP运转排出大量气体，气体流速高噪音大。针对膜片泵排气端噪音优化，可改善真空泵内部结构（增加筋条等）来改变气体的排出方向，同时因其排气结构空间大，保证排气性能前提下，可通过增加吸音棉，调整消音棉密度（密度越大噪音越小）以削弱噪音;对于叶片泵排气端噪音优化，可通过增加排气软管，延长并改变排气通道，有效降低叶片泵的高频噪声，提高整车的NVH性能，如图3。

⑥对于膜片泵，可通过增加二级减振（如新增过渡支架及减震垫达到两级减震效果），降低真空泵工作时振动向车身传递，从而降低由EVP工作而引起的结构噪声。[1]国内某车型膜片泵，泵体与支架通过一级减震垫固定死，膜片泵振动大，导致驾驶室内振动噪音大，方向盘及踏板震感明显;改善方案为泵与支架通过减震垫+弹簧减震（二级减震，如图4），使用四点弹簧支撑，Z向主要是支撑泵的重力，X、Y向是主要振动方向，可大幅度减小噪音及振动（驾驶室内分贝值减小>5db）。运用弹簧减震，在前期车型开发如下问题需注意和解决：1、由于使用弹簧悬置，没有冲击缓冲结构，泵启停时刻惯性力冲击较大产生甩动噪音，应在弹簧座处有限位机构，减少弹簧滑动。2、真空泵支架孔位及减震垫孔径应与真空泵安装部位匹配、适用，配合间隙过小或孔位错误均会导致弹簧座挤压减震垫，弹簧运动受限，弹簧减震效果变弱。3、真空泵线束布置泵体下方，通过扎带绑在真空管，易把真空泵向下拉扯，弹簧长久受力变形，运动受约束;取消真空泵扎带后，共振噪音、驾驶室内方向盘及脚踏板振感小。4、EVP弹簧装配过程，要求装配人员检查弹簧，要求装配到位、与减震垫垂直不倾斜，减震垫上下安装面要求贴合支架安装面，减震垫安装后其四个孔为圆形，减震垫扭曲变形，导致弹簧座与减震垫间隙变小，弹簧装配倾斜，EVP运动受限，传递振动噪音。

3.3 噪音产生过程所引起的其它异响、噪声

①在制动系统中，为了保证系统能够维持一定真空度不受外界大气压影响，通常会在真空系统真空管路中布置单向阀。其内置单向阀开启压力大小直接影响气流冲击导致单向阀振动传递至真空软管从而传递到驾驶室。在某国产小型车上，发现电子真空泵運转声音不稳定且噪音大，同时存在偶发性蛐蛐叫或类似水流等异响问题（某一真空度工况下），经过一系列排查时候，用手触摸带单向阀的真空软管（开启单向阀真空度大于4KPa），电子真空泵运转产生异响时，明显感觉到真空软管单向阀处振动，振动的真空软管通过其安装管夹传递到车身并传递到驾驶室。更换单向阀开启压力更小（开启单向阀真空度小于2KPa）的真空软管，噪音明显变小且驾驶室内异响消除。

②电子真空泵启动瞬间，在真空泵抽气口端，因进入真空泵的气流冲击大，可通过在进气口端的真空软管再串联一个谐振腔，在一定程度上改变气流冲击，降低噪音。

③消除共振异响声，通过改进制动真空泵自身结构，优化安装支架结构，使制动真空泵与安装支架系统的模态避开制动真空泵激励频率和车身安装区域的固有模态频率，避免制动真空泵布置在结构较为单薄的翼板等部位，导致制动真空泵与安装位置附近发生共振造成振动传递加强。[1]

4 结束语

本文通过对电子真空泵工作原理介绍，对真空泵车内噪声的影响机制进行分析，提出了可优化电子真空泵噪音的思路及方法，对新能源电子汽车的NVH改善有一定的指导作用。

参考文献：

[1]陈馨蕊，蔡忠清，邢玉涛，易舒. 乘用车制动真空泵的整车噪声优化[J]. 现代制造工程，2021（01）：64-68.

作者简介

李炳欢：（1995—），男，壮族，广西贵港市人，初级工程师职称，学士学位，研究汽车制动系统方向。