吳瑋瑋

節(jié)約能源與環(huán)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(fā)領域，DFSS（design for six sigma，6 sigma）因其在產品質量、成本、市場和開發(fā)中所具有的顯著優(yōu)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(yè)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(yè)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(fā)、優(yōu)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(tài)或者瞬態(tài)情況進行全面考慮。

（3）開發(fā)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(yōu)化一是指產品優(yōu)化；二是指設計過程的優(yōu)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(fā)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(fā)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(wěn)壓器，它通過二極管從蓄電池獲得電壓，然后作為CAN收發(fā)器和微控制器的電源，而微控制器復位信號的來源也是穩(wěn)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(wěn)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(wěn)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(wěn)壓器輸出電壓；穩(wěn)壓器復位電壓；：二極管前向壓降：穩(wěn)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(fā)

CAN收發(fā)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(wěn)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(yōu)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(yōu)化優(yōu)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(yōu)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(wěn)壓器成本低0.109美元，據此計算每年可以節(jié)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(yè)節(jié)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(yōu)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(fā)的全面推廣指日可待。

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