闫鲁平 郝占武 隋清海 徐华林

（中国第一汽车股份有限公司 研发总院，汽车振动噪声与安全控制综合技术国家重点实验室，长春130013）

主题词：电动汽车 独立真空泵 NVH

1 技术现状

1.1 背景

随着电动汽车的普及，用户对于电动车的性能要求不断提高，安全、舒适和智能交互是用户感知最重要的方面。

舒适性能方面，NVH性能是用户感知最重要的部分，因此，电动车的NVH性能好坏是用户抱怨的重要因素。

传统燃油车由发动机提供真空助力的真空源，电动车由独立真空泵代替发动机提供真空源。由于用户对电动汽车的噪音水平要求越来越高，并且电动车缺少发动机，整车噪音较小，真空泵噪音尤为凸显。因此，如何降低真空泵噪音水平，成为底盘NVH领域重要研究工作。

1.2 真空泵的分类

目前汽车制动领域应用的真空泵主要有三种：叶片式电动真空泵、膜片式电动真空泵和活塞式电动真空泵[1]。

参考电动真空泵的衡量指标：抽气效率、寿命、重量、成本和布置空间等方面，叶片泵显著优点是寿命长、便于布置，显著缺点是噪音高；膜片式电动真空泵主要缺点，主要体现在：因其膜片直径及工作腔体原因，尺寸较大、因其为双膜片水平对置，推杆往复运动，工作时震动较大、单件成本较高，但在其噪音方面有较好的表现，相比同规格的叶片式电动真空泵，噪音低8～9 dB，故在整车布置空间方面要求不是很高，对成本要求不高的情况下，可以采用膜片泵，获得更好的噪音表现；活塞式电动真空泵因为耐久性能差，绝大部分应用在低速电动车等对制动性能及耐久性能要求不高的车型。

现在市场上应用最多的是叶片式电动真空泵，以下，本文将只针对叶片式电动真空泵NVH做详细分析，选取市场上一种常见的独立式真空泵作为研究切入点。

本文针对UP50型号真空泵，结合项目开发经验，进一步分析主机厂使用市场上成熟的真空泵产品，采取何种措施降低真空泵的噪音。

2 噪音分析

2.1 噪音来源

通过对叶片式真空泵进行拆解，如图1所示结构，并通过在NVH试验室中分别对真空泵拆除不同的结构来测试真空泵的噪声水平，通过对比不同的试验结果，从表1中可以发现，真空泵的噪音主要来源于石墨叶片高速旋转与腔体摩擦所产生。

图1 真空泵结构拆解

表1 拆解不同结构测噪音

2.2 噪音种类

噪音的传播方式分2种：结构声传播和空气声传播。结构声传播指噪音源通过安装路径传递到驾驶员耳朵内；空气声传播指噪音源通过空气传播方式传递到驾驶员耳内。

通过整车测试，发现真空泵噪音来源于空气声传播和结构声传播。

通过真空泵整车噪音测试，发现这种真空泵4 000 Hz～7 000 Hz高频成分多，主观感受差，如图2所示频谱图。

图2 真空泵噪音频谱

真空泵噪音的控制目标：控制真空泵噪音频谱图中600 Hz以上高频成分不要太多。

3 空气声传播降噪措施

降低噪音的措施主要有2种：

（1）降低噪音来源；

（2）切断传播路径。

3.1 转速控制策略

真空泵的工作电压为9～16 V，通过稳压电源在台架上驱动真空泵，测得真空泵在不同工作电压下，电机会以不同的转速来工作，测得真空泵的近场噪声如表2所示。

表2 不同转速下真空泵噪音水平

可以得出结论：真空泵低转速，低噪音，真空泵噪音频谱图中600 Hz以上高频成分明显减少。对于电动车，真空泵是通过HCU控制继电器来控制真空泵的开启和关闭。在保证整车制动效能的前提下，让真空泵在低车速时低转速转动，让真空泵保持较低的噪音水平。

图3 PWM控制示意

3.1.1 电压调节

正常真空泵两端电压为蓄电池电压12 V，在车速较低时，可以控制真空泵两端电压为9 V～10 V，正常真空泵的电阻阻值约为0.7 Ω，在HCU控制回路中串联一个阻值为0.50 Ω～0.58 Ω的电阻，新增电阻通过并联一个继电器来控制是否接入回路中，如图4所示。

图4 PWM控制示意

3.1.2 占空比控制

占空比控制方式：方波脉冲中，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值，即高电平所占周期时间与整个周期时间的比值t1/T，如图4所示。

通过PWM控制方式，在HCU控制回路中增加一个PWM控制器，通过控制占空比的方式，让真空泵在低车速时两端的工作电压为9.0 V～10.0 V，随着车速的增加占空比逐渐增大到1.0，假设整车额定电压12 V，控制方法如表3所示：

表3 不同车速占空比

3.2 增加隔音罩

在真空泵周围增加一个真空泵隔音罩总成，总成由材料为PA6隔音罩和材料为双组份的吸音棉组成，考虑真空泵本体在实车上的散热情况，隔音罩前部预留散热通道。通过实车验证，满足NVH车内性能目标。真空泵隔音罩总成结构如图5所示。

通过增加真空泵隔音罩，NVH改善效果明显，真空泵噪音频谱图中600 Hz以上高频成分明显减少，对比客观测试结果如下表4所示：

表4 NVH测试结果

增加真空泵隔音罩会带来真空泵散热不好，导致真空泵寿命降低的问题，因此，需要进行热管理专业理论分析，并经过实车验证真空泵的寿命问题，对真空泵隔音罩的包裹面积进行优化。目前经过CAE分析和实车验证，真空泵隔音罩包裹面积为60%～70%既能满足NVH要求，满足真空泵寿命试验。

3.3 优化真空泵布置位置

一般为了考虑真空泵的抽气效率，真空泵布置位置离真空助力器距离为40 cm～50 cm，为了优化真空泵NVH，可以将真空泵布置在远离驾驶员的位置，如右前大灯后侧的纵梁上，通过对比测试结果，发现布置在离驾驶员较近位置的真空泵车内噪声600 Hz以上频率高于布置在离驾驶员较远位置，如图6所示。

图6 不同布置位置声音频谱

将真空泵布置在远离驾驶员的位置，会导致真空管过长，真空管过长会影响抽真空的效率[2]。因此，真空泵并不是布置离驾驶员越远越好，需综合考虑NVH性能和抽真空效率。经过实车测试，目前最佳方案是真空泵布置位置的真空管长度为1 m左右。

4 结构声传播降噪措施

真空泵连接的支架结构及模态，减振垫形式及硬度及固定的车身支架都会影响结构噪音的传播，避免共振可以有效减小结构噪声，间接影响空气传播噪声[3]。

根据项目经验，优化真空泵支架方案成本低和周期短，下面以真空泵支架优化方案为例进行阐述。

对于电动车，一般将真空泵布置到电机壳体上，因此，真空泵支架优化目标主要考虑真空泵支架模态，避免与电机发生共振。依据项目经验，真空泵支架模态目标设置为300 Hz，通过CAE计算和实车验证保证支架模态满足NVH要求[4]。

5 主观评价

NVH客观测试数据可以作为NVH优化方向的依据，但由于真空泵噪音属于系统问题，所以NVH测试最终需要经过整车实车测试，即NVH工程师进行主观评价给出最终结论。

设定主观评价评分目标（表5），经过实车测评，评分7.5分以上为用户可以接受的指标。

表5 NVH主观评分指标

各措施主观评价结果，如图7所示。

图7 各措施主观评价结果

6 结论

通过研究真空泵本身的频谱特性及以上4种途径都可以优化NVH水平，提升真空泵在整车上的噪音表现，提高驾驶员的驾驶感受。

考虑选择哪种方案，需要根据项目周期、成本及布置方案复杂程度和效果综合考虑。通过试验效果验证，有效方案如下。

（1）主机厂：项目开发前期，优先选择优化真空泵位置方案；

（2）主机厂：项目开发后期，优先选择增加真空泵隔音罩方案；

（3）主机厂：采用电子助力器方案，代替真空泵方案；

（4）供应商：对生产的真空泵本身进行方案优化，优化真空泵结构，如出气口增加消音罩等措施，减震垫形式及硬度。

如上方案，经过量产车型验证并经过供应商确认的可行方案：

（1）增加真空泵隔音罩，隔音罩的包裹面积为60%左右。该方案既能满足NVH评价效果，又能满足热害对于真空泵寿命的影响，满足用户行驶里程需求。

（2）优化真空泵支架模态，避免与安装位置发生共振。

后续采取其它措施进行真空泵噪音优化时，建议与供应商一起探讨研究避免出现影响真空泵性能和可靠性的问题。