膜片式真空泵實(shí)車抖動(dòng)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(tuán) 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(dòng)真空泵試裝后針對其整車性能表現(xiàn)進(jìn)行了測試，測試指標(biāo)包括駕駛員右耳處噪音，方向盤處振動(dòng)頻率。在測試時(shí)出現(xiàn)了車內(nèi)噪音大于指標(biāo)要求，方向盤抖動(dòng)明顯的情況。測試數(shù)據(jù)顯示，司機(jī)右耳處的噪音值為40.5dB(A)。具體的測試噪音曲線和振動(dòng)加速度實(shí)測值，祥見圖1 與圖2。為解決這一問題，根據(jù)真空泵工作時(shí)產(chǎn)生的噪音曲線以及振動(dòng)頻率特性，對膜片真空泵的固定支架的模態(tài)和減振結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，并進(jìn)行了多輪測試，測試結(jié)果顯示增加真空泵支架模態(tài)和優(yōu)化真空泵減振結(jié)構(gòu)可以有效降低振動(dòng)的傳遞。很好的解決了真空泵工作時(shí)的振動(dòng)問題。

圖1 車輛方向盤處振動(dòng)加速度

圖2 膜片真空泵噪音實(shí)測值

2 膜片式電動(dòng)真空泵的工作原理

膜片式電動(dòng)真空泵包括電機(jī)、殼體、曲柄連桿、膜片、偏心軸和閥蓋等部件組成，同時(shí)包含了兩個(gè)對置的工作腔室，膜片裝配在連桿機(jī)構(gòu)上，而曲柄連桿則與電機(jī)相連。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)曲柄連桿以及膜片往復(fù)運(yùn)動(dòng)。膜片的容積變化產(chǎn)生了進(jìn)氣和排氣效果。配合單向閥的單向作用，從而達(dá)到抽取真空系統(tǒng)中的空氣的目的。電機(jī)的功率選擇越大，真空泵抽氣真空能力越強(qiáng)。

圖3 膜片泵結(jié)構(gòu)示意圖

3 膜片式電動(dòng)真空泵抖動(dòng)的傳遞路徑

整車NVH 性能表現(xiàn)為車內(nèi)駕駛員在車輛行駛過程所感受到的振動(dòng)、噪音。過大的振動(dòng)或者噪音不僅會(huì)引起零部件的破損，還會(huì)使駕駛員或者乘客產(chǎn)生疲勞等不舒適感覺。膜片式電動(dòng)真空泵連桿的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)膜片周期性的沖擊真空泵殼體，沖擊能量經(jīng)固定支架等部件傳遞至車身縱梁，進(jìn)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(nèi)乘客或者駕駛員所感知。該電動(dòng)真空泵布置于車身縱梁，電動(dòng)真空泵與縱梁之間采用過渡支架進(jìn)行固定連接，同時(shí)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(dòng)經(jīng)橡膠件的隔振過濾，能降低振動(dòng)的傳遞。

圖4 真空泵抖動(dòng)傳遞途徑圖

4 膜片式電動(dòng)真空泵抖動(dòng)改善方案

膜片式電動(dòng)真空泵的抖動(dòng)傳遞主要為結(jié)構(gòu)傳遞，即通過零件的結(jié)構(gòu)特性，將振動(dòng)源的應(yīng)激頻率放大。不同結(jié)構(gòu)零件會(huì)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(qiáng)。同時(shí)膜片式電動(dòng)真空泵產(chǎn)生的振動(dòng)主要為低頻振動(dòng)，低頻振動(dòng)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(qiáng)，所以低頻噪音的抗衰減能力強(qiáng)。膜片真空泵的振動(dòng)經(jīng)真空泵固定支架、縱梁等結(jié)構(gòu)件很容易傳遞至駕駛艙內(nèi)。本文以某實(shí)車出現(xiàn)的膜片真空泵抖動(dòng)現(xiàn)象為基礎(chǔ)，經(jīng)多次實(shí)車測試研究，以期阻斷或者降低振動(dòng)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(jié)構(gòu)改善來實(shí)現(xiàn)抖動(dòng)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(jié)構(gòu)件的固有振動(dòng)特性，通過模態(tài)分析可以得知彈性結(jié)構(gòu)件在某一頻率范圍內(nèi)的模態(tài)特性，可預(yù)知該結(jié)構(gòu)在某頻段內(nèi)的不同振源作用下的振動(dòng)響應(yīng)。膜片式電動(dòng)真空泵電機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min，根據(jù)計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)，一般要求外部激勵(lì)頻率與真空泵的固有頻率之比達(dá)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(shí)因?yàn)槟て弥Ъ芄潭ㄔ谲嚿砜v梁上，膜片泵的振動(dòng)激勵(lì)為低頻噪音，容易經(jīng)過結(jié)構(gòu)傳遞至駕駛艙。需要將固定支架的模態(tài)提高，降低振動(dòng)的傳遞和提高隔振效果。本文通過改變支架固定點(diǎn)，降低固定點(diǎn)之間的跨度，同時(shí)增加翻邊等結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，降低振動(dòng)的傳遞

減震墊的彈性變形可以用來吸收真空泵體的振動(dòng)，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(shè)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(jìn)行了實(shí)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(dòng)能量較大，橡膠減震墊無法有效隔離振動(dòng)源。為更加有效的提升隔振效果，在橡膠減震墊的設(shè)計(jì)上增加了彈簧結(jié)構(gòu)。減振墊的彈性結(jié)構(gòu)包括橡膠墊、回位彈簧等結(jié)構(gòu)?；匚粡椈珊拖鹉z墊組合作為一個(gè)阻尼元件，吸收真空泵的往復(fù)運(yùn)動(dòng)引起振動(dòng)，結(jié)構(gòu)示意見圖7。改善后的真空泵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了振動(dòng)測試，測試結(jié)果明顯較原方案有改進(jìn)。

圖7 膜片真空泵減振墊結(jié)構(gòu)示意

圖8 車輛方向盤處振動(dòng)加速度

圖9 膜片真空泵噪音實(shí)測值（改進(jìn)后）

5 總結(jié)

膜片式電動(dòng)真空泵在工作中會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的振動(dòng)，該振動(dòng)經(jīng)剛性結(jié)構(gòu)傳遞，抗衰減能力弱，很容易傳遞至駕駛艙內(nèi)。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(shí)的振動(dòng)頻率吸收，起到隔振的效果。從測試結(jié)果可了解到，此次電動(dòng)真空泵抖動(dòng)的改善效果明顯，乘客的舒適性保證得到了進(jìn)一步加強(qiáng)。同時(shí)在測試對比過程中發(fā)現(xiàn)，在當(dāng)膜片式真空泵裝配動(dòng)力總成中，通過懸置部件的二級隔振，振動(dòng)的抗衰減效果會(huì)更佳。所以本次的測試對比也給后續(xù)的產(chǎn)品開發(fā)提供了經(jīng)驗(yàn)，即真空泵布置位置首選具有隔振裝置的動(dòng)力總成，當(dāng)因空間無法滿足而需布置在縱梁等結(jié)構(gòu)部件上時(shí)，真空泵本體的彈性減振系統(tǒng)需做適時(shí)調(diào)整，來滿足整車舒適性的要求。