汽車電動(dòng)真空泵設(shè)計(jì)及應(yīng)用

黃德銀，羅旋，張偉棟

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

前言

應(yīng)用真空制動(dòng)系統(tǒng)的純電動(dòng)汽車，由于沒有提供真空度的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管，則需要電動(dòng)真空泵提供制動(dòng)系統(tǒng)所需的真空度，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)助力，降低駕駛員操作的踏板力。

純電動(dòng)汽車真空制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理是，經(jīng)過踏板的動(dòng)作，真空助力器利用大氣壓和電動(dòng)真空泵產(chǎn)生真空度造成的壓力差將踏板力放大，然后通過制動(dòng)主缸將建立的制動(dòng)液壓力傳遞到車輪端的制動(dòng)器，從而實(shí)現(xiàn)汽車制動(dòng)功能[1]。本文將對(duì)葉片式電動(dòng)真空泵的結(jié)構(gòu)、性能以及在整車應(yīng)用方面進(jìn)行探討。

1 電動(dòng)真空泵結(jié)構(gòu)及工作原理

葉片式電動(dòng)真空泵主要包含泵轉(zhuǎn)子、葉片、泵室上下蓋板、直流電機(jī)，電機(jī)殼體、出氣口、排氣口、線束及其線束端子等零件，如圖1所示，泵室內(nèi)壁為橢圓形柱面，泵轉(zhuǎn)子位于泵室中心，圓柱形轉(zhuǎn)子上有8個(gè)偏心分布的滑槽，泵室葉片可以在滑槽內(nèi)移動(dòng)。

圖1 電動(dòng)真空泵工作原理示意圖

當(dāng)真空泵的直流電機(jī)通電，電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子圍繞泵室中心轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心分布的滑槽內(nèi)的葉片受到離心力作用，葉片從滑槽內(nèi)滑出，緊貼泵室內(nèi)壁.。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，空氣從進(jìn)氣口1、2進(jìn)氣，由于轉(zhuǎn)子、滑槽滑出的葉片、泵室內(nèi)壁以及泵室上下蓋板形成封閉腔，隨著泵室轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，封閉腔容積變大時(shí)，為進(jìn)氣過程；封閉腔容積變小時(shí)，為壓縮過程；最后通過排氣口1、2排氣[2]。

2 電動(dòng)真空泵性能

汽車真空制動(dòng)系統(tǒng)的安全性、駕駛者的制動(dòng)踏板感覺與電動(dòng)真空泵緊密聯(lián)系，以下為電動(dòng)真空泵與此相關(guān)的三個(gè)重要性能參數(shù)：

（1）抽氣性能

電動(dòng)真空泵的抽氣性能包含真空泵的抽氣速度、可抽取的最大真空度，和駕駛者的制動(dòng)踏板感覺關(guān)系最密切。汽車制動(dòng)踏板作動(dòng)時(shí)，真空助力器通過后腔大氣壓和前腔真空壓力之間的壓力差提供制動(dòng)助力，真空助力器前腔消耗的真空度由電動(dòng)真空泵補(bǔ)充，因此電動(dòng)真空泵的抽氣性能決定真空系統(tǒng)的真空度補(bǔ)給快慢，進(jìn)而決定駕駛者制動(dòng)踏板力的大小，影響其制動(dòng)踏板感覺。

（2）耐久性能

電動(dòng)真空泵耐久性能影響制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和安全性。葉片式電動(dòng)真空泵工作時(shí)，葉片和泵室內(nèi)側(cè)面、泵室上下蓋板接觸摩擦，磨損較大，容易發(fā)熱；若葉片的耐溫性和耐磨性不良，易造成葉片損壞，甚至碎裂，不能正常工作，導(dǎo)致駕駛者感覺制動(dòng)踏板發(fā)硬，無法提供較大的減速度。

（3）噪音

葉片式電動(dòng)真空泵工作時(shí)，葉片與泵室內(nèi)側(cè)面、上下蓋板的摩擦聲，真空泵電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)（可達(dá)到4500-5000rpm）產(chǎn)生的噪聲，以及真空泵排氣的氣流聲，導(dǎo)致電動(dòng)真空泵存在一定的工作噪音[3]；同時(shí)純電動(dòng)汽車機(jī)艙環(huán)境噪音相對(duì)燃油車較小，電動(dòng)真空泵零件工作噪音，影響駕駛艙內(nèi)的舒適性，易引起駕駛者或乘客的抱怨。

3 電動(dòng)真空泵應(yīng)用

3.1 真空制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其工作原理

真空制動(dòng)系統(tǒng)由真空助力器、電動(dòng)真空泵、真空罐、真空制動(dòng)軟管、真空度傳感器等零件組成。真空罐可以存儲(chǔ)真空度，減少電動(dòng)真空泵的工作次數(shù)；當(dāng)真空度傳感器檢測(cè)到真空助力器的真空度低于系統(tǒng)需求真空度下限時(shí)，整車控制器發(fā)出電動(dòng)真空泵使能信號(hào)，電動(dòng)真空泵通電工作補(bǔ)充所需真空度；當(dāng)真空度傳感器檢測(cè)到真空助力器的真空度高于系統(tǒng)需求真空度上限時(shí)，整車控制器終止電動(dòng)真空泵使能信號(hào)，電動(dòng)真空泵停止工作[4]。

圖2 真空制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 電動(dòng)真空泵的選型

純電動(dòng)汽車真空制動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)真空泵是唯一的真空源，是系統(tǒng)關(guān)鍵的零件；因此電動(dòng)真空泵的選型，需考慮真空制動(dòng)系統(tǒng)的需求：真空度補(bǔ)給能力、真空源可靠性、舒適性等。

（1）真空度補(bǔ)給能力

真空度補(bǔ)給能力，主要由電動(dòng)真空泵的抽氣性能決定,抽氣性能采用抽氣速度和可抽取的最大真空度來評(píng)價(jià)。通常以將一定容積的氣壓抽至50%或者30%當(dāng)前大氣壓的時(shí)間，評(píng)價(jià)電動(dòng)真空泵的抽氣速度；以在一定時(shí)間將大氣壓力抽至最小氣壓，評(píng)價(jià)最大真空度。

（2）真空源可靠性

真空源可靠性，主要由電動(dòng)真空泵的耐久性能、環(huán)境適應(yīng)性、電氣適應(yīng)性決定。電動(dòng)真空泵耐久性能，要求在低溫-40℃至高溫120℃區(qū)間變化，不同的占空比作動(dòng)，模擬整車不同的制動(dòng)工況下真空泵作動(dòng)，通常以完成臺(tái)架耐久時(shí)間，以及耐久后的抽氣性能進(jìn)行評(píng)價(jià)；環(huán)境適應(yīng)性主要考慮電動(dòng)真空泵裝在整車上的振動(dòng)、化學(xué)腐蝕、高溫高濕等惡劣環(huán)境下可正常工作；電氣適應(yīng)性主要考慮整車過載電壓、電流、EMC對(duì)電動(dòng)真空泵安全的影響。

（3）舒適性

電動(dòng)真空泵的作動(dòng)噪音影響真空制動(dòng)系統(tǒng)的舒適性。由于電動(dòng)真空泵的噪音與出氣孔朝向、相對(duì)距離有關(guān)，同時(shí)每個(gè)車輛的電動(dòng)真空泵布置位置相對(duì)乘員艙的距離也不同，因此通常參照ISO 3744標(biāo)準(zhǔn)，采用與聲源距離無關(guān)的聲功率級(jí)測(cè)試方法進(jìn)行評(píng)價(jià)電動(dòng)真空泵噪音。

3.3 電動(dòng)真空泵整車布置

電動(dòng)真空泵位于汽車機(jī)艙內(nèi)，其位置選擇需考慮提高可靠性、降低工作噪音傳遞路徑等方面。

（1）電動(dòng)真空泵工作時(shí)存在輕微擺動(dòng)，需保證電動(dòng)真空泵的擺動(dòng)包絡(luò)與周邊件或其運(yùn)動(dòng)包絡(luò)不干涉。

圖3 電動(dòng)真空泵高度要求

圖4 電動(dòng)真空泵固定在電機(jī)殼體

（2）電動(dòng)真空泵的排氣口不能浸水，否則容易倒吸水進(jìn)泵室，造成轉(zhuǎn)子葉片損壞。因此需電動(dòng)真空泵排氣口離地高度H高于車輛涉水線。

（3）為改善電動(dòng)真空泵振動(dòng)噪音從車身傳遞到乘員艙，建議將電動(dòng)真空布置在電機(jī)或者懸置支架上，通過電機(jī)懸置，降低電動(dòng)真空泵的振動(dòng)噪音傳遞到乘員艙[5]。

4 結(jié)語

本文討論電動(dòng)真空泵的工作原理及三個(gè)重要性能，從汽車真空制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)真空源需求的角度，探討電動(dòng)真空泵的選型及整車布置應(yīng)用，本文研究?jī)?nèi)容對(duì)汽車電動(dòng)真空泵設(shè)計(jì)開發(fā)有一定的參考價(jià)值。