汽车电动真空泵设计及应用

2021-03-29黄德银罗旋张伟栋

汽车实用技术 2021年5期

黄德银，罗旋，张伟栋

（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州 511434）

前言

应用真空制动系统的纯电动汽车，由于没有提供真空度的发动机进气歧管，则需要电动真空泵提供制动系统所需的真空度，实现制动助力，降低驾驶员操作的踏板力。

纯电动汽车真空制动系统的工作原理是，经过踏板的动作，真空助力器利用大气压和电动真空泵产生真空度造成的压力差将踏板力放大，然后通过制动主缸将建立的制动液压力传递到车轮端的制动器，从而实现汽车制动功能[1]。本文将对叶片式电动真空泵的结构、性能以及在整车应用方面进行探讨。

1 电动真空泵结构及工作原理

叶片式电动真空泵主要包含泵转子、叶片、泵室上下盖板、直流电机，电机壳体、出气口、排气口、线束及其线束端子等零件，如图1所示，泵室内壁为椭圆形柱面，泵转子位于泵室中心，圆柱形转子上有8个偏心分布的滑槽，泵室叶片可以在滑槽内移动。

图1 电动真空泵工作原理示意图

当真空泵的直流电机通电，电机带动转子围绕泵室中心转动，偏心分布的滑槽内的叶片受到离心力作用，叶片从滑槽内滑出，紧贴泵室内壁.。转子转动过程中，空气从进气口1、2进气，由于转子、滑槽滑出的叶片、泵室内壁以及泵室上下盖板形成封闭腔，随着泵室转子转动，封闭腔容积变大时，为进气过程；封闭腔容积变小时，为压缩过程；最后通过排气口1、2排气[2]。

2 电动真空泵性能

汽车真空制动系统的安全性、驾驶者的制动踏板感觉与电动真空泵紧密联系，以下为电动真空泵与此相关的三个重要性能参数：

（1）抽气性能

电动真空泵的抽气性能包含真空泵的抽气速度、可抽取的最大真空度，和驾驶者的制动踏板感觉关系最密切。汽车制动踏板作动时，真空助力器通过后腔大气压和前腔真空压力之间的压力差提供制动助力，真空助力器前腔消耗的真空度由电动真空泵补充，因此电动真空泵的抽气性能决定真空系统的真空度补给快慢，进而决定驾驶者制动踏板力的大小，影响其制动踏板感觉。

（2）耐久性能

电动真空泵耐久性能影响制动系统的可靠性和安全性。叶片式电动真空泵工作时，叶片和泵室内侧面、泵室上下盖板接触摩擦，磨损较大，容易发热；若叶片的耐温性和耐磨性不良，易造成叶片损坏，甚至碎裂，不能正常工作，导致驾驶者感觉制动踏板发硬，无法提供较大的减速度。

（3）噪音

叶片式电动真空泵工作时，叶片与泵室内侧面、上下盖板的摩擦声，真空泵电机高速转动（可达到4500-5000rpm）产生的噪声，以及真空泵排气的气流声，导致电动真空泵存在一定的工作噪音[3]；同时纯电动汽车机舱环境噪音相对燃油车较小，电动真空泵零件工作噪音，影响驾驶舱内的舒适性，易引起驾驶者或乘客的抱怨。

3 电动真空泵应用

3.1 真空制动系统结构及其工作原理

真空制动系统由真空助力器、电动真空泵、真空罐、真空制动软管、真空度传感器等零件组成。真空罐可以存储真空度，减少电动真空泵的工作次数；当真空度传感器检测到真空助力器的真空度低于系统需求真空度下限时，整车控制器发出电动真空泵使能信号，电动真空泵通电工作补充所需真空度；当真空度传感器检测到真空助力器的真空度高于系统需求真空度上限时，整车控制器终止电动真空泵使能信号，电动真空泵停止工作[4]。

图2 真空制动系统结构

3.2 电动真空泵的选型

纯电动汽车真空制动系统中，电动真空泵是唯一的真空源，是系统关键的零件；因此电动真空泵的选型，需考虑真空制动系统的需求：真空度补给能力、真空源可靠性、舒适性等。

（1）真空度补给能力

真空度补给能力，主要由电动真空泵的抽气性能决定,抽气性能采用抽气速度和可抽取的最大真空度来评价。通常以将一定容积的气压抽至50%或者30%当前大气压的时间，评价电动真空泵的抽气速度；以在一定时间将大气压力抽至最小气压，评价最大真空度。

（2）真空源可靠性

真空源可靠性，主要由电动真空泵的耐久性能、环境适应性、电气适应性决定。电动真空泵耐久性能，要求在低温-40℃至高温120℃区间变化，不同的占空比作动，模拟整车不同的制动工况下真空泵作动，通常以完成台架耐久时间，以及耐久后的抽气性能进行评价；环境适应性主要考虑电动真空泵装在整车上的振动、化学腐蚀、高温高湿等恶劣环境下可正常工作；电气适应性主要考虑整车过载电压、电流、EMC对电动真空泵安全的影响。

（3）舒适性

电动真空泵的作动噪音影响真空制动系统的舒适性。由于电动真空泵的噪音与出气孔朝向、相对距离有关，同时每个车辆的电动真空泵布置位置相对乘员舱的距离也不同，因此通常参照ISO 3744标准，采用与声源距离无关的声功率级测试方法进行评价电动真空泵噪音。