新能源汽車電子產品開發中DFSS設計方法的應用

吳瑋瑋

節約能源與環境保護是當今時代不斷倡導的理念，因此，在新能源汽車電子產品開發領域，DFSS（design for six sigma，6 sigma）因其在產品質量、成本、市場和開發中所具有的顯著優勢，以及其卓越的設計理念和超前的研究方法，早已被全世界多個汽車企業所接受并廣泛采用，成效斐然。

DFSS設計方法的概況

到目前為止，IDDOV流程是業界較為推崇也是應用最為廣泛的DFSS設計程序，它是由“識別、定義、開發、優化、驗證”五個步驟組成的，具體到新能源汽車的設計中，各個程序又有其具體含義。

（1）識別是指在設計新能源汽車電子產品時，要首先確定設計的產品所具有的功能屬性，并充分驗證識別出的功能是否切實可行。

（2）定義是指在設計新能源汽車電子產品時，要對產品的功能特性、電路接口進行進一步細分和確定，將所有預料到的動態或者瞬態情況進行全面考慮。

（3）開發是指具體電路的設計以及元器件型號的選取不是盲目進行的，要依照實際的需求來確定并進行合理選擇。

（4）優化一是指產品優化；二是指設計過程的優化。

（5）驗證是通過某種手段比如市場調研、客戶咨詢等方式來了解設計的產品是否與顧客的最初期望相符合。

設計實例

本文將DFSS設計引入新能源汽車電子產品的開發中，按照上文提出的設計程序對產品生產過程進行詳細說明。

1.識別

整車所要求的全溫度范圍在零下40攝氏度與85攝氏度之間，在這個溫度范圍內的理想工作電壓在8伏到16伏之間，但是為了使CAN總線能夠正常接收及發送信號，電壓值必須在6伏到16伏之間，在這個電壓下微調控器以及接收器等硬件才能正常工作。

2.定義

圖1 電源電路原理圖

圖1為電路的原理圖。圖中的核心器件是穩壓器，它通過二極管從蓄電池獲得電壓，然后作為CAN收發器和微控制器的電源，而微控制器復位信號的來源也是穩壓器的復位輸出信號。具體功能圖詳見圖2。

如圖3為電源電路中的功能函數，在該電路中，涉及到的中間變量主要有：穩壓器輸出的電壓及其復位信號，二極管的輸出的電壓。上述變量在各自的干擾因子及控制因子的控制下工作。為了使CAN保持正常的通訊功能，必須保證兩個因變量（用Y表示）：穩壓器的復位信號及輸出電壓滿足表1所示的條件，對應的自變量（用X表示）需要滿足表2所示的條件。說明：穩壓器輸出電壓；穩壓器復位電壓；：二極管前向壓降：穩壓器壓降。

圖2 電源電路功能圖

圖3 功能函數圖

表1 因變量滿足的條件

表2 自變量滿足的條件

3.開發

CAN收發器和微控制器由于其更換成本比較高，所以一般不會對其進行更換，從另一個角度來講，在驅動能力相同的情況下，目前所用的穩壓器已經擁有了最低的壓降。所選用的二極管用極限分析法分析其是否能夠滿足在6伏到16伏電壓之間維持CAN的正常工作。選用的元器件及其參數如下：二極管型號為，那么可以得到：，因此本設計所用的二極管符合要求。

4.優化

上步驟的極限設計雖然與整車需求相符合，但是實際應用中耗費的成本比較高，而選用DFSS設計方法能夠在滿足上述需求的情況下降低成本，因此這種方法對設計進行優化優于極限設計法。首先對于二極管的選取，本設計方法選用的ISR154—400的成本比BAT240A低，根據相關計算可以得到如表3所示在三個不同溫度下和的值。依照上面的分析可知，由此得知，本優化方法選擇的ISR154—400符合整車需求。表4給出了同表3三個溫度下的驗證結果。

表3 和的

表3 和的

cc

表4 的驗證結果

表4 的驗證結果

1 4.99 4.98 4.94 4 5.01 5 4.95 2 4.99 4.98 4.94 5 4.99 4.97 4.92 3 4.99 4.97 4.94

5.驗證

DFSS設計中選用的ISR154—400每個的成本要比極限法中選用的穩壓器成本低0.109美元，據此計算每年可以節約成本1100美元。假設，在其余控制器和項目建設中也使用該二極管，則每年會為企業節約大量的成本。

結 論

本研究的DFSS設計方法既能夠降低產品的生產成本，又能設計出符合顧客需求的產品，該設計方法體現出的優越性與新能源汽車電子產品設計的特點相符合，因此，DFSS在國內新能源汽車電子產品開發的全面推廣指日可待。

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