基于六西格瑪?shù)乃倪B桿后懸架車輛動(dòng)力學(xué)性能設(shè)計(jì)

吳蒙

摘 要：為滿足客戶需求，提高車型的駕駛樂趣，下一代車型將采用全新的底盤架構(gòu)。本文通過運(yùn)用六西格瑪設(shè)計(jì)方法，結(jié)合基于車輛動(dòng)力學(xué)性能分解技術(shù)參數(shù)優(yōu)化工具，完成全新四連桿后懸架車輛動(dòng)力學(xué)性能的前期開發(fā)，驗(yàn)證前期開發(fā)中優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的有效性。

關(guān)鍵詞：六西格瑪;四連桿后懸架車;動(dòng)力性能設(shè)計(jì)

六西格瑪設(shè)計(jì)是信息驅(qū)動(dòng)的六西格瑪系統(tǒng)方法，產(chǎn)品早期開發(fā)過程通過強(qiáng)帶哦縮短設(shè)計(jì)周期，實(shí)現(xiàn)高效能的產(chǎn)品開發(fā)過程。在產(chǎn)品新一代車型的全新底盤架構(gòu)開發(fā)中，為獲得更好的市場口碑，運(yùn)用DFSS方法進(jìn)行全新底盤架構(gòu)的四連桿后懸架設(shè)計(jì)。DFSS實(shí)施包括機(jī)會(huì)識(shí)別，定義要求，概念開發(fā)，優(yōu)化與驗(yàn)證等階段。根據(jù)收集的客戶需求，轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)語言，定義新一代車型的設(shè)計(jì)方案。在定義要求階段，將客戶需求轉(zhuǎn)化為整車技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)自上而下的目標(biāo)定義過程。使用普氏選擇工具，從性能，質(zhì)量與市場競爭力分析，確定初始布置方案。運(yùn)用基于整車動(dòng)力學(xué)性能分解技術(shù)多目標(biāo)優(yōu)化工具，找到滿足設(shè)計(jì)要求的參數(shù)配置，八婆了敏感性分析等重要步驟。通過虛擬分析優(yōu)化結(jié)果的有效性。

一、六西格瑪法簡介

1.6Σ的概念

六西格瑪包括DMAIC與DMADV，DMAIC是對(duì)低于六西格瑪規(guī)定的項(xiàng)目進(jìn)行定義，分析及控制過程，DMADV是對(duì)試圖達(dá)到六西格瑪質(zhì)量的新產(chǎn)品進(jìn)行定義，分析及驗(yàn)證的過程。六西格瑪可以使?fàn)I運(yùn)成本降低，材料浪費(fèi)減少，顧客滿意度增加，要達(dá)到六西格瑪標(biāo)準(zhǔn)，需要很長長時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)[1]。

2.6Σ的特點(diǎn)

六西格瑪實(shí)施對(duì)需要改進(jìn)的流程進(jìn)行區(qū)分，優(yōu)先對(duì)需改進(jìn)的流程改進(jìn)，六西格瑪核心是追求零缺陷生產(chǎn)，降低成本，提高市場占有率，6Σ管理著眼于產(chǎn)品質(zhì)量，關(guān)注過程的改進(jìn)。為達(dá)到6Σ，首先要制定標(biāo)準(zhǔn)，跟蹤操作與標(biāo)準(zhǔn)的偏差，最終形成使每個(gè)環(huán)節(jié)不斷改進(jìn)的簡單流程標(biāo)準(zhǔn)。6Σ管理是持續(xù)性質(zhì)量改進(jìn)方法，具有對(duì)顧客需求高度關(guān)注，高度依賴統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，重視改善業(yè)務(wù)流程，突破管理，倡導(dǎo)無界限合作等特征。

3.實(shí)施6Σ管理的作用

實(shí)施6Σ管理能夠提升企業(yè)管理的能力，節(jié)約企業(yè)運(yùn)營成本，增加顧客價(jià)值，改進(jìn)服務(wù)水平。6Σ管理以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)器，以往企業(yè)對(duì)管理的理解更多停留于書面上，6Σ將其轉(zhuǎn)化為實(shí)際有效的行動(dòng)，6Σ管理的實(shí)施已成為介紹高品質(zhì)創(chuàng)新產(chǎn)品的必要戰(zhàn)略[2]。

企業(yè)所有的不良品會(huì)被廢棄或重新返工，執(zhí)行3Σ管理標(biāo)準(zhǔn)的公司直接與質(zhì)量有關(guān)的成本占銷售收入的10%，6Σ管理實(shí)施使霍尼韋爾公司一年節(jié)約成本6億美元。實(shí)施6Σ管理可使企業(yè)了解顧客需求，公司了解顧客的需求，通過采用6Σ管理原則減少隨意性，提高顧客滿意度。

6Σ管理可以用以改善服務(wù)流程，傳統(tǒng)管理方式下，人們工作處于被動(dòng)狀態(tài)，通過實(shí)施6Σ管理，企業(yè)員工工作效率更高，員工重視質(zhì)量及顧客需求，通過參加培訓(xùn)掌握規(guī)范化的問題解決方法。員工能專心工作，減少消防救火式活動(dòng)。

二、六西格瑪法在車輛動(dòng)力性能的設(shè)計(jì)

1.DFSS實(shí)施前期階段

上一代車型有著不錯(cuò)的市場表現(xiàn)，通過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)消費(fèi)者關(guān)注車輛行駛中獲得較好的操控感受。要求在車輛動(dòng)力學(xué)意義的舒適性實(shí)現(xiàn)更好的平衡，目前扭桿梁后橋不能很好的兼顧操控性與舒適性，四連桿后懸對(duì)縱側(cè)鄉(xiāng)里能更好的實(shí)現(xiàn)解耦，能很好的保證操控性能的要求。成為一種很好的解決方案。

在定義階段，結(jié)合客戶需求，對(duì)新一代車型在車輛操控上的定位，先進(jìn)行競爭車型的主觀駕駛評(píng)估。將客戶感知轉(zhuǎn)換為工程開發(fā)主觀感受，識(shí)別新一代車型在 車輛動(dòng)力學(xué)性能的單一競爭車，定義下一代車型在主觀感知圖中的位置。

將主觀感覺轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的客觀指標(biāo)，制定下一代車型的整車級(jí)技術(shù)指標(biāo)。按照懸架系統(tǒng)開發(fā)流程，制定出四連桿后懸架操控性指標(biāo)目標(biāo)值，完成技術(shù)指標(biāo)的分解。懸架子系統(tǒng)級(jí)的技術(shù)指標(biāo)目標(biāo)值設(shè)定保證整車級(jí)技術(shù)指標(biāo)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。如何保證懸架子系統(tǒng)級(jí)的技術(shù)指標(biāo)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，成為車輛動(dòng)力學(xué)性能正向開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.優(yōu)化設(shè)計(jì)

針對(duì)確定的四連桿后懸架選型，對(duì)四連桿懸架硬點(diǎn)及襯套剛度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，找出符合設(shè)計(jì)目標(biāo)要求的最優(yōu)組合。

優(yōu)化開始前，需明確優(yōu)化涉及的控制因子，及約束范圍。以便選擇優(yōu)化策略。根據(jù)四連桿懸架結(jié)構(gòu)形式，選定控制因子包括硬點(diǎn)坐標(biāo)變量18個(gè)，共31個(gè)設(shè)計(jì)變量作為控制因子。根據(jù)當(dāng)前變量規(guī)模，將問題定義為多參數(shù)目標(biāo)的優(yōu)化目標(biāo)。需找出目標(biāo)影響最顯著的部分控制因子。對(duì)篩選后的控制因子進(jìn)行優(yōu)化分析。達(dá)到提高問題解決效率的目的。

采用業(yè)界領(lǐng)先的多學(xué)科優(yōu)化平臺(tái)iSight，及計(jì)算機(jī)后處理平臺(tái)Matlab搭建針對(duì)此問題的自動(dòng)化參數(shù)優(yōu)化工具。

因參與優(yōu)化設(shè)計(jì)的控制因子為31個(gè)，如采用正交是研發(fā)費(fèi)，正交表與計(jì)算規(guī)模較大，拉丁方設(shè)計(jì)具有有效的空間填充能力，拉丁方設(shè)計(jì)用同樣的點(diǎn)數(shù)可研究更多的組合，實(shí)驗(yàn)次數(shù)可人為控制。

拉丁方設(shè)計(jì)隨水平的增加，可能存在丟失設(shè)計(jì)空間的可能性，最優(yōu)拉丁方改變了拉丁方設(shè)計(jì)的均勻性，具有很好的空間填充性，有效控制了實(shí)驗(yàn)規(guī)模。結(jié)合本文中控制因子規(guī)模較大的實(shí)際情況，最優(yōu)拉丁方設(shè)計(jì)規(guī)模控制具有較大的優(yōu)勢。采用最優(yōu)拉丁方進(jìn)行控制因子敏感性分析，試驗(yàn)次數(shù)=水平數(shù)=31+1=32。

根據(jù)敏感性分析結(jié)果，對(duì)響應(yīng)按敏感度取前三個(gè)控制因子匯總。硬點(diǎn)對(duì)目標(biāo)參數(shù)的影響大于襯套剛度對(duì)目標(biāo)參數(shù)的影響，應(yīng)先考慮優(yōu)化硬點(diǎn)坐標(biāo)，如改變贏點(diǎn)坐標(biāo)能滿足設(shè)計(jì)要求，襯套剛度沿用初始選擇。篩選出前束桿內(nèi)點(diǎn)X，Y，Z坐標(biāo)，外點(diǎn)X，Z坐標(biāo)，外傾桿內(nèi)點(diǎn)Z坐標(biāo)，外點(diǎn)X，Z坐標(biāo)。

3.優(yōu)化分析

本文選取的控制因子變化范圍較大，如采用響應(yīng)面近似模型優(yōu)，近似模型效果不好。目標(biāo)函數(shù)與優(yōu)化變量間有較強(qiáng)的非線性的多目標(biāo)優(yōu)化問題，通常采用基于遺傳進(jìn)行優(yōu)化策略的全局搜索法。

選擇種群個(gè)體數(shù)為20，交叉概率0.9，優(yōu)化目標(biāo)參數(shù)值收斂至約束范圍內(nèi)。可得到多組滿足目標(biāo)設(shè)定的優(yōu)化結(jié)果。考慮空間布置的因素，在盡量多的硬點(diǎn)位置不更改的前提下，選定以下一組為實(shí)際工程最優(yōu)解。

將優(yōu)化后的參數(shù)帶回車輛動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算，檢驗(yàn)優(yōu)化后的參數(shù)是否滿足優(yōu)化目標(biāo)，優(yōu)化后的結(jié)果仿真模型能滿足設(shè)計(jì)定義的目標(biāo)要求，仿真結(jié)果能與樣車測試結(jié)果很好的吻合，證明設(shè)計(jì)有效的指導(dǎo)了車輛動(dòng)力學(xué)性能的開發(fā)。

結(jié)語

經(jīng)過競爭車的主觀評(píng)估，與車輛動(dòng)力學(xué)目標(biāo)建立，到懸架的選型設(shè)計(jì)優(yōu)化，使用DFSS 的方法研究四連桿后懸架硬點(diǎn)的敏感性，優(yōu)化后參數(shù)滿足目標(biāo)要求。本次四連桿懸架設(shè)計(jì)采用優(yōu)化軟件Isight，多體建模軟件Altair聯(lián)合仿真優(yōu)化，通過虛擬分析驗(yàn)證，證明前期優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果滿足目標(biāo)設(shè)定要求。

參考文獻(xiàn)

[1]俞鐘行.六西格瑪管理DOE某案例的改進(jìn)[J].上海質(zhì)量，2019（02）：53-56.

[2]欒凱.四連桿式摩托車后懸架的動(dòng)力模型與最佳設(shè)計(jì)[J].摩托車技術(shù)，1989（01）：12-18.

（作者單位：江鈴汽車股份有限公司）