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电动汽车真空泵系统的可行性分析
信息来源:大路通官网 日期:2019-09-23

随着环保政策与能源紧缺的加剧,国内电动车市场逐渐崛起,中国电动车市场逐渐引起世界的关注,国内市场也成为全球电动车主要市场。随着电动汽车用户数量的不断增加,电动技术的不断完善,对电动汽车的各种性能要求也将不断提升,噪音问题作为电动车存在的基本问题,是电动车发展进程中不容忽视的。电动汽车的制动助力方面当前主要采用电动真空泵与电动助力器相结合的方式,电动汽车摆脱了对传统燃油发动机的依赖,因此传统的进气歧管技术就无法利用到发动机上,只能借助单独的真空泵系统提供真空;电动真空泵工作时受结构与速度的影响,往往会出现噪音,特别是排除发动机噪音后,真空泵的噪音将会更加突出。所以如何降低真空泵的噪音,成为车企的主要关注点与需要解决的问题所在。

1 、电动汽车真空泵应用现状

当前电动汽车的真空泵可以分为活塞式电动真空泵、膜片式电动真空泵与叶片式电动真空泵三大类,这几类真空泵形式与结构存在一定差异,各有优势和劣势,所以在不同的车型上具有不用的应用。受发展与历史原因等的影响,造成当前以叶片式电动真空泵为主的局面,叶片式真空泵在高速工作过程中,金属的内壁结构会与石墨材质的叶片发生摩擦,造成撞击或噪音的出现。

结合电动汽车的整车情况,电动真空泵的主要指标表现为成本、重量、耐久性、尺寸与振动噪声等。活塞式电动真空泵受耐久性的影响,多用于低俗运行的电动汽车中,同时决定了汽车对可靠性要求有限,制动性能也不会很高,因此车型以低端为主。膜片式电动真空泵的主要不足表现为工作腔体与膜片尺寸较大,结构上双膜片表现为水平的放置,推杆在腔体内做循环往复运动,因此工作过程中的振动性较强,而且零部件的造价较高,但是相对于叶片式电动真空泵而言噪音的控制能力较好,噪音相对的低8-9dB。该类型真空泵用于对整车布局方面要求较低的车型中,成本要求用于对成本要求不高,噪音控制能力较好的车型上。

叶片式电动真空泵的的噪音分析。叶片式电动真空泵工作状态下的转速在 5000r/s 左右,因此存在高频震动现象,虽然电动真空泵配备了橡胶垫进行减震,但是安装位置上如果不进行合理设置,安装于车架上时就会造成高频震动到传递到驾驶室内,影响驾驶体验。为降低泵体的振动传导性能,使其得到充分的衰减,可以将电动真空泵置于前置前驱车的减速器或电机上,使其震动通过悬置装置得到二次衰减,因此可以有效的降低电动真空泵的噪音,使其通过整车进行传导出去;由于噪音可以通过空气传播,因此电动真空泵的设计上可以将其设置在距驾驶室最远的的对角线上,降低噪音的传递。叶片式真空泵的位置选定后需要对连接支架进行结构设计和模拟分析,了解机械结构可能存在的共振现象,降低共振产生的噪音。

膜片式电动真空泵由泵体和电机组成,特点在于进排气孔道处于泵体上,孔道的两端含有对称性的活塞组件,包含活塞杆、金属嵌件与膜片等结构,墨片外圈直接与泵体连接,轴承亚装载活塞杆的一端,带偏心的芯轴与轴承连接,电机输出轴与芯轴变现为过盈配合,芯轴受电机的驱动进行转动,同时带动活塞组件进行运动;膜片在活塞连杆的作用下发生变形运动,处于止点状态时,膜片内的空间最大,处于抽气状态时,膜片内形成负压,出现吸力,反之处于排气状态。为保证真空泵处于平衡状态,泵体上常配置平衡块。

活塞式真空泵又叫做往复式真空泵,主要依赖气缸内的活塞进行往复运动实现气体的吸入与排出。活塞式真空泵存在立式与卧式之分,还存在单缸与双缸之分,因此排气阀也有自由阀式与滑阀式之分。活塞式真空泵不受水蒸气影响,结构稳定,容易操作,但极限真空度不高。

真空泵系统

2 、电动汽车真空泵噪音问题的分析

以某低速运行的电动汽车为例进行分析,电动真空泵为活塞式。直流电机直接与安装好的偏心轮连接,在电机的运转下通过偏心轮实现对左右对称活塞的带动,使活塞做往复运动,活塞上采用柔性活塞配件可以很好的密封结构,同时还可以降低汽缸和活塞之间的摩擦。基于活塞的运动,活塞和进气阀之间的容积处于周期性的扩张与收缩中,保证缸体内气压处于周期性变化,实现气流的单项传递,为系统提供真空环境。

结合开发过程与汽车使用过程的反馈,可以发现电动汽车与真空泵之间的振动噪音主要受下列问题的影响:

①电动真空泵与车辆的连接处设置不合理,造成减震效果下降,使振动直接传递到驾驶室或整车结构。

②电动真空泵与支架形成的真空泵系统存在一定的振动频率,如果没有充分考虑电动汽车上部件的固有频率,可能会造成两者的类似,造成真空泵系统共振的出现。

③电动真空泵的位置设计不合理,真空泵处于汽车结构较为单薄的翼板等部位,导致振动情况加剧,振动传递加强。

④电动真空泵受自身结构的影响,造成振动噪音的增加。

⑤电动真空泵的抽气效率设置不合理。电动汽车的制动环节对真空的要求较高,因此要设置可是的真空泵抽气效率或增加真空泵。当电动真空泵的抽气效率在后半段大幅降低时,过低的真空度或造成空气阀两侧压差的异常,造成真空助力器的异常噪音。

⑥电动真空泵的气动阀值设置不合理。真空泵的启停阀值在很大程度上影响了真空泵的工作时间。一旦真空泵的启动阀值超过标准数值较大时,就会使真空泵的启动次数大大增加;一旦真空泵的启动阀值过低时,就会增加电动真空泵的单次启动时间,造成真空泵工作时间的延长,因此需要结合实际需求对启动时间和启动次数进行调节,找到合理的搭配。

3 、电动汽车真空泵噪音问题的对策

针对这类问题,需要进行如下方向的调节,降低振动噪音的影响:

①提升二级减震效果,电动汽车的真空泵常通过一级减震单元与支架相连,之后将整个支架通过螺栓螺母结构进行固定,实现与车身的连接,此时可以在连接部位增加橡胶垫,降低连接处的振动效果,形成二级隔振。

②传统的设计中为提升减震性,往往采用较多的减震垫,这样在很大程度上增加了振动的传递效果,此时可以适当减少减震垫数目,降低振动的传递效果。

③调整电动真空泵在电动汽车上的布局位置,将真空泵设置在刚度、强度较高的位置,避免直接与薄壁结构的连接;可以将电动真空泵与变速箱、电动机等大质量的系统连接在一起,充分利用原有的独立减震机构,降低振动的传导效果。

④对真空管的形式进行调节,使其与电动汽车的配气需求保持一致;还可对真空管上卡扣的位置与数量进行调节,降低振动的出现。

⑤适当提高电动真空泵的抽气效率增量。如果抽气效率设置不合理,数值相对较低时,就会造成电动真空泵的单次工作时间的增加。所以可以适当提升该值,降低真空泵的持续工作时间。

⑥合理的调整真空泵的启动阀值。采用车速传感系统,将车速作为数据调节的依据,判断路况。如果车速不高时,周围环境大都比较拥堵,因此通过降低启动阀值可以使启动频率大幅减少,此时启动阀值的的降低不会降低向汽车提供的制动力,因为车速有限,可以满足设计要求;如果行车速度较高时,需要较低的制动频率,而且制动力需要较大,此时应适当提升真空泵启动阀值。

⑦更换电动真空泵的形式。通过对电动真空泵的支架添加重块,可以增加支架的稳定性,降低振动的传导,实验证明对比不加重块时噪音得到有效控制。还可以选用噪音较低的膜片式真空泵,通过真空泵的改变可以使对噪音的控制下降到最低水平,特别是高频噪声和振动可以得到有效控制。

结合电动真空泵的具体应用环境,要实现对真空泵噪音的降低,可以采用以下措施进行调节:

①提升汽车前置机舱的密封性能。通过对机舱密封性进行改进,可以降低噪音向外的传递,实现将噪音控制在内部的目的,减少噪音向外部的扩散。

②针对电动真空泵的排气噪音而言,虽然相对于整体而言噪音较小,但容易控制,通过加装软管等措施,可以将噪音控制在较低的范围,起到降噪的目的。

③调节电动真空泵的功率,在满足抽气效率的前提下,适当减小功率,可以起到一定的降噪目的。

④改进真空罐的结构,采用新型设计,对真空罐的本体进行优化,降低罐体振动,特别是车身与罐体的连接位置,采用隔振处理,提升隔振效果,减少真空罐向车体传递的振动,改善车内的振动噪声。

电动汽车摆脱了对传统燃油发动机的依赖,主要采用电池进行供电,所以发动机之外的噪音就会显得十分明显。整车的噪音控制成为汽车设计环节的重点,因此在电动汽车的后续设计环节应对真空泵的噪音进行关注。本文结合电动汽车真空泵的应用现状,指出常见的真空泵分类与噪音的潜在影响因素,为后续噪音分析提供指引,之后结合电动汽车真空泵噪音影响因素进行分析,最终提出有针对性的噪音改善对策,可以在很大程度上提升对电动汽车噪音的控制水平。


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