基于設計成本最優化的系統測試研究

李航 于陽 張棟江 王歡歡 呂波濤 辛慶鋒

浙江吉利控股集團 浙江吉智新能源汽車科技有限公司 浙江省杭州市 310014

1 前言

隨著國家法規對微型車標準的放開準入，各主機廠對微型車的開發與投入正積極展開，同時有于微型車的消費人群主要面對三四線城市和城市年輕族群，產品主要以價廉物美的銷售路線進行。產品的售價決定系統或者子系統技術路線。本文針對真空系統在開發過程中存在的質量與成本超出目標要求，對零部件的造型、子系統的匹配以及整合進行了各方面的研究，經過零件整合、匹配以及仿真分析，最終研究出達到目標要求的子系統和零部件。同時也總結出了產品開發前期需要進行的系統匹配測試項目，為后續車型的開發提供了非常寶貴的經驗。

2 系統技術路線定義與目標差距

圖1 真空系統組成示意圖

純電動車真空系統包括電動真空泵、真空助力器、真空管、真空罐以及相應固定支架，整車屬性目標分解系統級，系統再分解至子系統和零件中。該項目的真空系統，根據制動系統需求，初步確定了真空助力器規格8寸，真空泵未獨立式真空泵，配置2L真空罐，真空管與固定支架，組成真空系統，系統零件選型確定后，初步估計成本為580元。但項目分解下來的成本目標450元，技術成本與目標差距明顯，需要進一步做技術優化，以滿足成本目標。

3 目標達成可行性思路

成本目標達成可通過三方面進行，可通過采購談判，從供應鏈角度與供應商達成成本目標，相應部門挑選多家供應商進入預選，成本最優者獲得配套資格；第二種方法為質量目標的談判，質保期、售后PPM目標等均是成本目標實現的路徑。第三種方法則是技術路線的選擇，合適的技術路線可以為產品的成本達成提供有效的支持。本文從產品集成、不同路線的性能對標等方面進行成本分解，以期做到技術成本最優化。

3.1 助力器傳感器結構的選型優化

真空助力器中裝配有真空度傳感器，用于檢測助力器內的真空變化，實時控制真空泵的啟停。真空度傳感器的結構根據客戶的需求不同，會有相應的結構差異。該項目產品最初設計為集成式傳感器，即傳感器與單向閥集成一體，可節省空間。而因為集成式的結構使產品在裝配時會多幾道封裝工序，工時、設備折算到成本中，使成本遠高于分體式結構。經供應商技術詢價以及對標，將其結構優化為成本較低的分體式結構，這種結構使得真空管的結構簡化，減少了零部件數量，總裝裝配效率也有了提升。

圖2 真空度傳感器集成式結構

圖3 真空度傳感器分體式結構

3.2 電動真空泵的選型優化

電動真空泵的抽氣能力是真空系統的匹配的關鍵，一般情況下，需滿足整車連續制動與緊急制動時的真空需求，真空需求是否滿足要求，可用制動踏板力是否在要求范圍內進行判斷[1]，如果真空補充能力不足，反饋到制動踏板上的力就會增大，客戶的主觀感受就是踩不動。為匹配出性能最優、成本、質量均滿足目標要求。本文對不同供應商、不同規格的電動真空泵進行了整車搭載測試，匹配出適合該車型的電動真空泵規格。

3.3 電動真空泵選型測試方法

電動真空泵的選型測試包括連續工作溫升、連續制動踏板力變化、和真空度恢復三項測試項目，溫升測試主要噪驗證產品在持續工作時的溫度變化，連續制動踏板力的變化和真空度恢復測試，用以驗證產品抽氣能力的優劣。

3.3.1 電動真空泵溫升選型測試

溫度的控制可以體現不同供應商的零件匹配能力，溫升慢，說明供應商的電機與連接部件的工藝、設計匹配能力強，以較低的能量消耗獲得較高的能量轉化。電動真空泵溫升的測試方法為:電動真空泵與真空助力器采用真空連接管路直連，以5s/次的頻率踩制動踏板，連續進行10分鐘。同時在真空泵的電機處裝配溫度傳感器，實時記錄電機的發熱情況。經對比測試，可以得出相同規格的產品，不同的供應商的溫度匹配能力不同。A供應商電動真空泵在連續10min工作工況溫度變化率較低，說明在持續工作溫升測試對比中有優勢。

3.3.2 連續制動選型測試

連續制動測試的目的是保證車輛在堵車、長下坡或者倒車工況，駕駛員有連續制動需求時，電動真空泵提供的真空助力效果能保證駕駛員的踏板感變化能保持在可接受范圍，以避免駕駛員在上述工況出現踩踏板變硬，降低駕駛員的駕乘感受。連續制動選型測試方法:不同供應商的電動真空泵裝配至整車，以1s/次的頻率連續踩下制動踏板，初始踏板力設定為50N,連續制動3次，測試過程中記錄真空度和踏板力的變化，以此評價電動真空泵的抽真空能力。

判斷電動真空泵是否滿足整車真空泵匹配能力的條件為連續制動時第三腳與第一腳的踏板力比值小于1.4.經測試，不同廠家的電動真空泵實車踏板力表現均不相同，從統計圖可以統計出，三家供應商的電動真空泵抽氣能力低于目標要求，只有兩家的電動真空泵滿足標準要求。上述真空系統包含的部件為電動真空泵、儲氣罐、真空管和真空助力器。

3.3.3 取消儲氣罐降本可行性測試

經過測試，兩家供應商的真空泵可以滿足整車連續制動的踏板力和真空度要求，上述的測試是在配置了儲氣罐的前提下進行的。取消儲氣罐降低設計成本是否可以滿足整車連續制動性能需求，本文將進行實車測試。測試方法與連續制動測試保持一致，取消儲氣罐的連接，直接將電動真空泵與真空助力器連接。經測試，兩家供應商的電動真空泵在無儲氣罐的條件下，連續制動測試，踏板力的變化滿足目標要求。即真空系統取消儲氣罐，整車制動性能滿足目標要求，方案可行。(圖7)

圖4 電動真空泵的溫升測試對比匯總圖

圖7 制動第三腳與第一腳踏板力比值統計圖（不配儲氣罐）

圖5 制動第三腳與第一腳踏板力比值統計圖

圖6 不同真空泵供應商真空度恢復曲線匯總

4 基于成本最優化的系統匹配總結

真空系統的成本經過零件選型優化、測試匹配以及產品零件的整合，使設計成本達到了最優化。真空度傳感器的結構選型優化，降低采購成本約30元，電動真空泵的選型優化，減少儲氣罐、固定支架以及相應的固定螺栓，真空管的結構也相應優化，使得真空系統的整體設計成本降低了42元，綜合降低72元，真空系統的原設計成本由前期的580元，降低至508元。技術方案確定后，經由采購等部門與供應鏈采購談判，最終將真空系統的成本目標達成。本次基于成本優化進行的系統匹配測試和結構選型，對后續項目的開發提供了非常寶貴的經驗，為其他車型的開發提供了借鑒。

圖8 真空系統優化后方案