论文部分内容阅读
摘 要：随着环保要求的越来越严格，国家和地方对新能源车的鼓励和支持推动了新能源车的购买需求，2021年销量更达到了136.7万辆，创了历史新高。电子真空泵作为纯电动车唯一的真空提供源，是制动系统中至关重要的部件，如产生失效故障，就无法提供真空助力，降低了制动安全性，同时非常容易乘客抱怨.本文对某车型制动系统的电子真空泵保险丝熔断的故障进行了全面分析，并通过改进彻底解决了该故障。为平台车型的开发提供了技术支持！
关键词：电子真空泵 保险丝熔断 改进分析
Analysis And Improvement Of Electronic Vacuum Pump Fuse
Ye Mingrui Xin Qingfeng Li Hang Jia Baoguang Sun Fulu Hu Zhigang
Abstract：With the increasingly stringent requirements of environmental protection， the national and local encouragement and support for new energy vehicles promote the purchase demand of new energy vehicles. In 2021， the sales volume of new energy vehicles reached 1.367 million， a record high. As the only vacuum source of pure electric vehicle， the electronic vacuum pump is the most important component in the braking system. If it fails， it will not be able to provide vacuum assistance， which reduces the braking safety. At the same time， it is very easy for passengers to complain. This paper makes a comprehensive analysis of the fuse failure of the electronic vacuum pump in the braking system of a certain model， and thoroughly solves the failure through improvement to provide technical support for the development of platform models！
Key words：electronic vacuum pump， fuse blown， improvement analysis
1 前言
汽車在上市前会进行多轮性能和耐久测试，以确保各项性能满足法规标准和应用市场中不同顾客的需求。电子真空泵零件也会经过相应的试验测试，检验其单体性能的满足性，确保整车与零件均能满足各种工况要求，叶片式电子真空泵主要由电机、定子、转子和叶片组成，通过电机的转动带动泵腔的叶片与转子旋转使真空助力器真空腔和真空管中的的空气排出系统，从而形成压差，达到制动助力的效果。如电子真空泵出现故障或者控制电路出现异常，驾驶员踩踏板后，空气由空气阀进入工作腔，踏板回位后，助力器的真空腔与工作腔联通，两腔真空消耗，如未继续将空气排出真空系统，真空助力的效果就降低，甚至无助力效果，某车型在试验过程中出现了保险丝熔断的故障，造成真空助力失效，存在安全隐患。本文将保险丝熔断的故障进行了调查，从整车、环境、到零部件本身的设计、生产、制造进行了逐一排查，最终确定了问题的原因，提出了改进措施。
2 故障现象描述
2.1 故障现象
某试验车辆在启动时，仪表显示制动系统灯常亮，同时伴随制动踏板硬，需用力才能踩下。该车故障里程600km，出厂检测时合格，车辆下线到故障出现时间间隔3个月。故障地点：佳木斯，故障时间：11月份。
2.2 故障初步排查
该故障发生后，进行了问题初步排查，仪表出现感叹号灯，说明制动系统零部件出现了故障，踩踏板硬说明真空系统没有了助力效果，进一步锁定故障件的范围，用诊断仪读取故障码，显示真空度传感器对地短路或断路故障。说明真空系统线路出现了短路或者断路，继续排查，发现控制真空泵工作的保险丝熔断，至此故障原因初步查明：保险丝熔断导致真空泵不工作，进而无助力，导致踩踏板发硬。保险丝熔断，控制真空泵的电路与电源断开，触发电子真空泵控制器中的故障程序，将故障发送至仪表，提醒驾驶员制动系统故障。
2.3 故障复现
2.3.1 故障实车复现
根据故障的初步排查，确定保险丝熔断导致的真空泵不工作，导致保险丝熔断的原因有多种，包括了整车线路短路、真空泵质量问题、保险丝质量不合格等。为实车锁定故障件，测试人员进行了AB件互换测试：首先更换保险丝，启动后保险丝仍然熔断，保险丝的质量原因排除;然后对线路用万用表检测，未有异常;最后更换真空泵，整车上电后，新的真空泵未出现保险丝熔断的故障。故真空泵保险丝熔断的原因已排查出。真空泵故障导致了保险丝熔断。
2.3.2 真空泵单体性能复现
将故障的真空泵置于性能试验台上，测试其基本的性能，包括：启动电流、50%真空度抽气时间、70%真空度抽气时间和最大真空度抽气时间等，如图3所示，从测试结果来看，真空泵工作时电流值达到了43（A），而保险丝的规格为25（A），从数据得出，电子真空泵工作电流大于保险丝电流额定值，是导致真空泵保险丝熔断的原因。 3 电子真空泵保险丝熔断原因分析
3.1 电子真空泵保险丝熔断鱼骨图分析法
电子真空泵保险丝熔断存在多种原因，本文运用因果分析法中的鱼骨图分析法，从电子真空泵单体的设计、制造、品控以及整车的匹配、环境影响等因素展开调查，来找出产生故障的根本原因。
3.2 电子真空泵保险丝熔断的设计因素
3.2.1 泵腔轴向尺寸链设计校核
电子真空泵腔尺寸链设计不合理，产品在极限状态下，会导致产品尺寸超出范围，装配后泵腔中的转子和叶片是与上、下盖板没有间隙，紧固螺栓装配后，侧板压紧转子，导致电机无法带动转子转动，电机堵转时反电势为零，所有电压都加载在电机绕组上。电流会大大增加，很快达到保险丝熔断电流值，经过尺寸链核对，泵腔的轴向尺寸链公差为0.031-0.117mm，满足设计要求，其他设计因素同步进行了尺寸链和流体力学校核，未发现异常，故电子真空泵的设计因素不是保险丝熔断的原因。
3.2.2 泵腔零件材质选择校核
泵腔零件除转子与叶片为石墨材料，其他均为不锈钢粉末冶金烧结而成。不锈钢的热膨胀系数比石墨最低高7倍。故本次对不锈钢的热胀冷缩进行校核分析。上、下盖板与定子材质均为奥氏体不锈钢，因添加微量元素Mo，故在耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度上由优势，而且能在苛酷的条件下应用。根据标准GB/T20801.2定义的奥氏体不锈钢的不同温度下的热膨胀系数如表1：
根据金属材料的热膨胀系数计算公式am=（L2-L1）/[L0（t2-t1）]，其中L2为温度t2下的式样长度，L1为温度t1下的式样长度，可计算出不同温度下的长度变化量。上、下盖板厚度为5mm，根据上述公式计算上、下盖板在120°降低至-40°時，长度变化为0.0132mm。将该长度变化值计算至泵腔尺寸链中，此时的尺寸链为0.0046-0.0906mm，未有因尺寸变化而导致卡滞堵转问题。
3.3 电子真空泵保险丝熔断的品质因素
3.3.1 真空泵泵腔尺寸符合性校核
电子真空泵泵腔内部零件均为精密部件，尺寸的控制要求极为严格，如该位置的零件出现尺寸不合格，非常有能可造成堵转而烧保险问题。针对该问题，对真空泵泵腔零件进行了尺寸测试，测试工具采用高度尺，测量精度为0.001mm，测量方法为将测量部件置于测量台，高度尺测试固定，以测量台为高度基准，移动测量部件，计算最高点与最低点的差值。结果如表2，从测试结果看，上下盖板的厚度方向有高低差不一致现象，是否为保险丝熔断的原因待进一步测试。
为进一步检测上下盖板的尺寸符合性，采用了三坐标对其平面度进行了检测。测量前平台及产品表面（正反面）酒精擦拭清理，取4个点（绿色标记）建立基准面，取20个点（红色标记）进行平面度测量，测量示意见图6，测量结果见表3。采用精确的方法测量上、下盖板的平面度，数值已超出设计要求，是导致真空泵装配后卡滞堵转主要原因。
3.3.2 电子真空上下盖板温度影响校核
真空泵腔中的转子与叶片在旋转过程中产生的热量传递到上、下盖盘，侧盘都是薄板件，热量的变化可能会引起形位尺寸的变化。针对该影响因素，本文将上、下盖盘零件放置高温箱中进行常温、高温尺寸测试，测试结果见表4。从数据可以看出，温度对零件尺寸有一定影响。
4 改进结果分析
4.1 上、下盖板的加工工艺参数进行调整优化，采用粗磨、精磨工序，粗磨的磨削深度0.01mm，进给速度为20m/min，精磨时磨削深度0.005mm，进给速度25m/min.避免产生残余应力，应力释放过程产生尺寸变化。
4.2 上、下盖板更换为热膨胀率低、热稳定性能与切削性能好的SUS430材质钢，可确保在不同温度环境下保持真空泵良好的性能。
5 结束语
基于对电子真空泵保险丝熔断故障的原因排查，确定了电子真空泵保险丝熔断的主因，并通过工艺改进与材料的提升，对该质量问题进行了改善。同时也在零部件供应商的选择上提供了经验，供应商的设计防错能力、质量管控能力以及售后服务能力均是需要全面审核管控。以确保产品在市场上有竞争力。
参考文献：
[1]成大先，机械设计手册，北京. 化学工业出版社，2004.
[2]方泳龙，汽车制动理论与设计.北京： 国防工业出版社，2005.
[3]杜现军，薄板零件变形原因及解决方法浅析.泰安： 内燃机与配件，2012.
[4]苗铭恩，材料热膨胀系数影响因素概述.合肥：工具技术，2005.
作者简介：叶明瑞：（1988—），男，吉林市人，学士，主要从事车辆底盘方面的研究。
关键词：电子真空泵 保险丝熔断 改进分析
Analysis And Improvement Of Electronic Vacuum Pump Fuse
Ye Mingrui Xin Qingfeng Li Hang Jia Baoguang Sun Fulu Hu Zhigang
Abstract：With the increasingly stringent requirements of environmental protection， the national and local encouragement and support for new energy vehicles promote the purchase demand of new energy vehicles. In 2021， the sales volume of new energy vehicles reached 1.367 million， a record high. As the only vacuum source of pure electric vehicle， the electronic vacuum pump is the most important component in the braking system. If it fails， it will not be able to provide vacuum assistance， which reduces the braking safety. At the same time， it is very easy for passengers to complain. This paper makes a comprehensive analysis of the fuse failure of the electronic vacuum pump in the braking system of a certain model， and thoroughly solves the failure through improvement to provide technical support for the development of platform models！
Key words：electronic vacuum pump， fuse blown， improvement analysis
1 前言
汽車在上市前会进行多轮性能和耐久测试，以确保各项性能满足法规标准和应用市场中不同顾客的需求。电子真空泵零件也会经过相应的试验测试，检验其单体性能的满足性，确保整车与零件均能满足各种工况要求，叶片式电子真空泵主要由电机、定子、转子和叶片组成，通过电机的转动带动泵腔的叶片与转子旋转使真空助力器真空腔和真空管中的的空气排出系统，从而形成压差，达到制动助力的效果。如电子真空泵出现故障或者控制电路出现异常，驾驶员踩踏板后，空气由空气阀进入工作腔，踏板回位后，助力器的真空腔与工作腔联通，两腔真空消耗，如未继续将空气排出真空系统，真空助力的效果就降低，甚至无助力效果，某车型在试验过程中出现了保险丝熔断的故障，造成真空助力失效，存在安全隐患。本文将保险丝熔断的故障进行了调查，从整车、环境、到零部件本身的设计、生产、制造进行了逐一排查，最终确定了问题的原因，提出了改进措施。
2 故障现象描述
2.1 故障现象
某试验车辆在启动时，仪表显示制动系统灯常亮，同时伴随制动踏板硬，需用力才能踩下。该车故障里程600km，出厂检测时合格，车辆下线到故障出现时间间隔3个月。故障地点：佳木斯，故障时间：11月份。
2.2 故障初步排查
该故障发生后，进行了问题初步排查，仪表出现感叹号灯，说明制动系统零部件出现了故障，踩踏板硬说明真空系统没有了助力效果，进一步锁定故障件的范围，用诊断仪读取故障码，显示真空度传感器对地短路或断路故障。说明真空系统线路出现了短路或者断路，继续排查，发现控制真空泵工作的保险丝熔断，至此故障原因初步查明：保险丝熔断导致真空泵不工作，进而无助力，导致踩踏板发硬。保险丝熔断，控制真空泵的电路与电源断开，触发电子真空泵控制器中的故障程序，将故障发送至仪表，提醒驾驶员制动系统故障。
2.3 故障复现
2.3.1 故障实车复现
根据故障的初步排查，确定保险丝熔断导致的真空泵不工作，导致保险丝熔断的原因有多种，包括了整车线路短路、真空泵质量问题、保险丝质量不合格等。为实车锁定故障件，测试人员进行了AB件互换测试：首先更换保险丝，启动后保险丝仍然熔断，保险丝的质量原因排除;然后对线路用万用表检测，未有异常;最后更换真空泵，整车上电后，新的真空泵未出现保险丝熔断的故障。故真空泵保险丝熔断的原因已排查出。真空泵故障导致了保险丝熔断。
2.3.2 真空泵单体性能复现
将故障的真空泵置于性能试验台上，测试其基本的性能，包括：启动电流、50%真空度抽气时间、70%真空度抽气时间和最大真空度抽气时间等，如图3所示，从测试结果来看，真空泵工作时电流值达到了43（A），而保险丝的规格为25（A），从数据得出，电子真空泵工作电流大于保险丝电流额定值，是导致真空泵保险丝熔断的原因。 3 电子真空泵保险丝熔断原因分析
3.1 电子真空泵保险丝熔断鱼骨图分析法
电子真空泵保险丝熔断存在多种原因，本文运用因果分析法中的鱼骨图分析法，从电子真空泵单体的设计、制造、品控以及整车的匹配、环境影响等因素展开调查，来找出产生故障的根本原因。
3.2 电子真空泵保险丝熔断的设计因素
3.2.1 泵腔轴向尺寸链设计校核
电子真空泵腔尺寸链设计不合理，产品在极限状态下，会导致产品尺寸超出范围，装配后泵腔中的转子和叶片是与上、下盖板没有间隙，紧固螺栓装配后，侧板压紧转子，导致电机无法带动转子转动，电机堵转时反电势为零，所有电压都加载在电机绕组上。电流会大大增加，很快达到保险丝熔断电流值，经过尺寸链核对，泵腔的轴向尺寸链公差为0.031-0.117mm，满足设计要求，其他设计因素同步进行了尺寸链和流体力学校核，未发现异常，故电子真空泵的设计因素不是保险丝熔断的原因。
3.2.2 泵腔零件材质选择校核
泵腔零件除转子与叶片为石墨材料，其他均为不锈钢粉末冶金烧结而成。不锈钢的热膨胀系数比石墨最低高7倍。故本次对不锈钢的热胀冷缩进行校核分析。上、下盖板与定子材质均为奥氏体不锈钢，因添加微量元素Mo，故在耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度上由优势，而且能在苛酷的条件下应用。根据标准GB/T20801.2定义的奥氏体不锈钢的不同温度下的热膨胀系数如表1：
根据金属材料的热膨胀系数计算公式am=（L2-L1）/[L0（t2-t1）]，其中L2为温度t2下的式样长度，L1为温度t1下的式样长度，可计算出不同温度下的长度变化量。上、下盖板厚度为5mm，根据上述公式计算上、下盖板在120°降低至-40°時，长度变化为0.0132mm。将该长度变化值计算至泵腔尺寸链中，此时的尺寸链为0.0046-0.0906mm，未有因尺寸变化而导致卡滞堵转问题。
3.3 电子真空泵保险丝熔断的品质因素
3.3.1 真空泵泵腔尺寸符合性校核
电子真空泵泵腔内部零件均为精密部件，尺寸的控制要求极为严格，如该位置的零件出现尺寸不合格，非常有能可造成堵转而烧保险问题。针对该问题，对真空泵泵腔零件进行了尺寸测试，测试工具采用高度尺，测量精度为0.001mm，测量方法为将测量部件置于测量台，高度尺测试固定，以测量台为高度基准，移动测量部件，计算最高点与最低点的差值。结果如表2，从测试结果看，上下盖板的厚度方向有高低差不一致现象，是否为保险丝熔断的原因待进一步测试。
为进一步检测上下盖板的尺寸符合性，采用了三坐标对其平面度进行了检测。测量前平台及产品表面（正反面）酒精擦拭清理，取4个点（绿色标记）建立基准面，取20个点（红色标记）进行平面度测量，测量示意见图6，测量结果见表3。采用精确的方法测量上、下盖板的平面度，数值已超出设计要求，是导致真空泵装配后卡滞堵转主要原因。
3.3.2 电子真空上下盖板温度影响校核
真空泵腔中的转子与叶片在旋转过程中产生的热量传递到上、下盖盘，侧盘都是薄板件，热量的变化可能会引起形位尺寸的变化。针对该影响因素，本文将上、下盖盘零件放置高温箱中进行常温、高温尺寸测试，测试结果见表4。从数据可以看出，温度对零件尺寸有一定影响。
4 改进结果分析
4.1 上、下盖板的加工工艺参数进行调整优化，采用粗磨、精磨工序，粗磨的磨削深度0.01mm，进给速度为20m/min，精磨时磨削深度0.005mm，进给速度25m/min.避免产生残余应力，应力释放过程产生尺寸变化。
4.2 上、下盖板更换为热膨胀率低、热稳定性能与切削性能好的SUS430材质钢，可确保在不同温度环境下保持真空泵良好的性能。
5 结束语
基于对电子真空泵保险丝熔断故障的原因排查，确定了电子真空泵保险丝熔断的主因，并通过工艺改进与材料的提升，对该质量问题进行了改善。同时也在零部件供应商的选择上提供了经验，供应商的设计防错能力、质量管控能力以及售后服务能力均是需要全面审核管控。以确保产品在市场上有竞争力。
参考文献：
[1]成大先，机械设计手册，北京. 化学工业出版社，2004.
[2]方泳龙，汽车制动理论与设计.北京： 国防工业出版社，2005.
[3]杜现军，薄板零件变形原因及解决方法浅析.泰安： 内燃机与配件，2012.
[4]苗铭恩，材料热膨胀系数影响因素概述.合肥：工具技术，2005.
作者简介：叶明瑞：（1988—），男，吉林市人，学士，主要从事车辆底盘方面的研究。