膜片式真空泵實車抖動改善的研究

陳敬玉 李航 史路浩 呂波濤 于士良 王歡歡

浙江吉利控股集團 浙江吉智新能源汽車科技有限公司 浙江省杭州市 310014

1 前言

某車型的膜片式電動真空泵試裝后針對其整車性能表現進行了測試，測試指標包括駕駛員右耳處噪音，方向盤處振動頻率。在測試時出現了車內噪音大于指標要求，方向盤抖動明顯的情況。測試數據顯示，司機右耳處的噪音值為40.5dB(A)。具體的測試噪音曲線和振動加速度實測值，祥見圖1 與圖2。為解決這一問題，根據真空泵工作時產生的噪音曲線以及振動頻率特性，對膜片真空泵的固定支架的模態(tài)和減振結構進行了優(yōu)化，并進行了多輪測試，測試結果顯示增加真空泵支架模態(tài)和優(yōu)化真空泵減振結構可以有效降低振動的傳遞。很好的解決了真空泵工作時的振動問題。

圖1 車輛方向盤處振動加速度

圖2 膜片真空泵噪音實測值

2 膜片式電動真空泵的工作原理

膜片式電動真空泵包括電機、殼體、曲柄連桿、膜片、偏心軸和閥蓋等部件組成，同時包含了兩個對置的工作腔室，膜片裝配在連桿機構上，而曲柄連桿則與電機相連。電機轉動帶動曲柄連桿以及膜片往復運動。膜片的容積變化產生了進氣和排氣效果。配合單向閥的單向作用，從而達到抽取真空系統(tǒng)中的空氣的目的。電機的功率選擇越大，真空泵抽氣真空能力越強。

圖3 膜片泵結構示意圖

3 膜片式電動真空泵抖動的傳遞路徑

整車NVH 性能表現為車內駕駛員在車輛行駛過程所感受到的振動、噪音。過大的振動或者噪音不僅會引起零部件的破損，還會使駕駛員或者乘客產生疲勞等不舒適感覺。膜片式電動真空泵連桿的往復運動，帶動膜片周期性的沖擊真空泵殼體，沖擊能量經固定支架等部件傳遞至車身縱梁，進一步傳遞到人體可接觸到的方向盤或者踏板上，最終被車內乘客或者駕駛員所感知。該電動真空泵布置于車身縱梁，電動真空泵與縱梁之間采用過渡支架進行固定連接，同時車身縱梁與支架之間布置一減振墊，減震墊的材料為EPDM 橡膠，振動經橡膠件的隔振過濾，能降低振動的傳遞。

圖4 真空泵抖動傳遞途徑圖

4 膜片式電動真空泵抖動改善方案

膜片式電動真空泵的抖動傳遞主要為結構傳遞，即通過零件的結構特性，將振動源的應激頻率放大。不同結構零件會有不同的傳遞效果，一般的橡膠材料的阻尼較大，隔振效果較強。同時膜片式電動真空泵產生的振動主要為低頻振動，低頻振動的波長較長，一般在1.7 米至17 米之間，遇障礙物穿透能力強，所以低頻噪音的抗衰減能力強。膜片真空泵的振動經真空泵固定支架、縱梁等結構件很容易傳遞至駕駛艙內。本文以某實車出現的膜片真空泵抖動現象為基礎，經多次實車測試研究，以期阻斷或者降低振動的傳遞。本文通過增加固定支架的模態(tài)、改變真空泵的裝配型式以及膜片泵的減振結構改善來實現抖動改善的目的。

4.1 增加膜片真空泵固定支架的模態(tài)

模態(tài)是彈性結構件的固有振動特性，通過模態(tài)分析可以得知彈性結構件在某一頻率范圍內的模態(tài)特性，可預知該結構在某頻段內的不同振源作用下的振動響應。膜片式電動真空泵電機轉速為3000r/min，根據計算，膜片式真空泵本體的模態(tài)值為250Hz，真空泵固定支架在設計時，一般要求外部激勵頻率與真空泵的固有頻率之比達到1.4 倍以上，可以起到隔振的作用。裝車的固定支架模態(tài)為348.6Hz，兩頻率比值為1.39，同時因為膜片泵支架固定在車身縱梁上，膜片泵的振動激勵為低頻噪音，容易經過結構傳遞至駕駛艙。需要將固定支架的模態(tài)提高，降低振動的傳遞和提高隔振效果。本文通過改變支架固定點，降低固定點之間的跨度，同時增加翻邊等結構，將模態(tài)增加到482Hz。

圖5 原真空泵布置示意圖

圖6 真空泵固定支架優(yōu)化布置示意圖

4.2 改善減振墊結構，降低振動的傳遞

減震墊的彈性變形可以用來吸收真空泵體的振動，可以起到緩沖和減振的作用。首先在真空泵與固定支架之間設置橡膠減震墊，使膜片泵與支架之間沒有金屬連接。樣件完成后進行了實車測試，但測試效果并不佳，分析原因主要為膜片泵的低頻振動能量較大，橡膠減震墊無法有效隔離振動源。為更加有效的提升隔振效果，在橡膠減震墊的設計上增加了彈簧結構。減振墊的彈性結構包括橡膠墊、回位彈簧等結構?；匚粡椈珊拖鹉z墊組合作為一個阻尼元件，吸收真空泵的往復運動引起振動，結構示意見圖7。改善后的真空泵結構進行了振動測試，測試結果明顯較原方案有改進。

圖7 膜片真空泵減振墊結構示意

圖8 車輛方向盤處振動加速度

圖9 膜片真空泵噪音實測值（改進后）

5 總結

膜片式電動真空泵在工作中會產生較強的振動，該振動經剛性結構傳遞，抗衰減能力弱，很容易傳遞至駕駛艙內。影響乘客的駕駛舒適性。本文從減振的基本原理出發(fā)，采用彈性元件和阻尼元件組成減振系統(tǒng)，將真空泵工作時的振動頻率吸收，起到隔振的效果。從測試結果可了解到，此次電動真空泵抖動的改善效果明顯，乘客的舒適性保證得到了進一步加強。同時在測試對比過程中發(fā)現，在當膜片式真空泵裝配動力總成中，通過懸置部件的二級隔振，振動的抗衰減效果會更佳。所以本次的測試對比也給后續(xù)的產品開發(fā)提供了經驗，即真空泵布置位置首選具有隔振裝置的動力總成，當因空間無法滿足而需布置在縱梁等結構部件上時，真空泵本體的彈性減振系統(tǒng)需做適時調整，來滿足整車舒適性的要求。