汽車電動真空泵設計及應用

黃德銀，羅旋，張偉棟

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

前言

應用真空制動系統(tǒng)的純電動汽車，由于沒有提供真空度的發(fā)動機進氣歧管，則需要電動真空泵提供制動系統(tǒng)所需的真空度，實現制動助力，降低駕駛員操作的踏板力。

純電動汽車真空制動系統(tǒng)的工作原理是，經過踏板的動作，真空助力器利用大氣壓和電動真空泵產生真空度造成的壓力差將踏板力放大，然后通過制動主缸將建立的制動液壓力傳遞到車輪端的制動器，從而實現汽車制動功能[1]。本文將對葉片式電動真空泵的結構、性能以及在整車應用方面進行探討。

1 電動真空泵結構及工作原理

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

圖1 電動真空泵工作原理示意圖

當真空泵的直流電機通電，電機帶動轉子圍繞泵室中心轉動，偏心分布的滑槽內的葉片受到離心力作用，葉片從滑槽內滑出，緊貼泵室內壁.。轉子轉動過程中，空氣從進氣口1、2進氣，由于轉子、滑槽滑出的葉片、泵室內壁以及泵室上下蓋板形成封閉腔，隨著泵室轉子轉動，封閉腔容積變大時，為進氣過程；封閉腔容積變小時，為壓縮過程；最后通過排氣口1、2排氣[2]。

2 電動真空泵性能

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

（1）抽氣性能

電動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，和駕駛者的制動踏板感覺關系最密切。汽車制動踏板作動時，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助力，真空助力器前腔消耗的真空度由電動真空泵補充，因此電動真空泵的抽氣性能決定真空系統(tǒng)的真空度補給快慢，進而決定駕駛者制動踏板力的大小，影響其制動踏板感覺。

（2）耐久性能

電動真空泵耐久性能影響制動系統(tǒng)的可靠性和安全性。葉片式電動真空泵工作時，葉片和泵室內側面、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，導致駕駛者感覺制動踏板發(fā)硬，無法提供較大的減速度。

（3）噪音

葉片式電動真空泵工作時，葉片與泵室內側面、上下蓋板的摩擦聲，真空泵電機高速轉動（可達到4500-5000rpm）產生的噪聲，以及真空泵排氣的氣流聲，導致電動真空泵存在一定的工作噪音[3]；同時純電動汽車機艙環(huán)境噪音相對燃油車較小，電動真空泵零件工作噪音，影響駕駛艙內的舒適性，易引起駕駛者或乘客的抱怨。

3 電動真空泵應用

3.1 真空制動系統(tǒng)結構及其工作原理

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

圖2 真空制動系統(tǒng)結構

3.2 電動真空泵的選型

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

（1）真空度補給能力

真空度補給能力，主要由電動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價。通常以將一定容積的氣壓抽至50%或者30%當前大氣壓的時間，評價電動真空泵的抽氣速度；以在一定時間將大氣壓力抽至最小氣壓，評價最大真空度。

（2）真空源可靠性

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

（3）舒適性

電動真空泵的作動噪音影響真空制動系統(tǒng)的舒適性。由于電動真空泵的噪音與出氣孔朝向、相對距離有關，同時每個車輛的電動真空泵布置位置相對乘員艙的距離也不同，因此通常參照ISO 3744標準，采用與聲源距離無關的聲功率級測試方法進行評價電動真空泵噪音。

3.3 電動真空泵整車布置

電動真空泵位于汽車機艙內，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）電動真空泵工作時存在輕微擺動，需保證電動真空泵的擺動包絡與周邊件或其運動包絡不干涉。

圖3 電動真空泵高度要求

圖4 電動真空泵固定在電機殼體

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

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

4 結語

本文討論電動真空泵的工作原理及三個重要性能，從汽車真空制動系統(tǒng)對真空源需求的角度，探討電動真空泵的選型及整車布置應用，本文研究內容對汽車電動真空泵設計開發(fā)有一定的參考價值。