陳斌

（泛亞汽車技術(shù)中心有限公司，上海 201210）

引言

汽車腰線是汽車側(cè)面設(shè)計(jì)的主要特征線，承擔(dān)了調(diào)整、襯托、分割、強(qiáng)調(diào)側(cè)面比例的作用[1]?，F(xiàn)代汽車造型設(shè)計(jì)越發(fā)追求雕塑感，車身形態(tài)飽滿，線條硬朗，車身側(cè)面凹凸變化豐富的造型趨勢，給人以強(qiáng)有力的視覺沖擊。車身側(cè)面強(qiáng)有力的造型特征，成為眾多汽車用以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖的得意之舉。強(qiáng)側(cè)面特征為汽車的總布置工作帶來了新的挑戰(zhàn)，由于側(cè)面的強(qiáng)特征及開關(guān)門不干涉的要求，致使前后門分縫線有較為明顯的扭曲。因此將如何在滿足車輛開關(guān)門不干涉的前提下，優(yōu)化側(cè)門分縫線盡量的平順性，作為本文研究的目標(biāo)。

1 側(cè)門分縫線swing設(shè)計(jì)

1.1 分縫線設(shè)計(jì)涉及的系統(tǒng)及關(guān)鍵概念

車門分縫線直接關(guān)系到車門的開閉運(yùn)動，分縫線設(shè)計(jì)直接關(guān)系到車門的關(guān)閉運(yùn)動，涉及的系統(tǒng)及關(guān)鍵概念[2]如圖1：

工程方面：鉸鏈布置與分縫線設(shè)計(jì)必須滿足鉸鏈的布置空間、車門開啟中與翼子板間隙、車門開啟后與側(cè)圍及相關(guān)零件間隙等要求。

造型方面：鉸鏈的布置與分縫線設(shè)計(jì)應(yīng)盡量滿足造型大面、特征線、分縫線平順性的需求。

Inboard limit：保證已有hinge/grommet/impact beam與內(nèi)鈑金的安裝及間隙要求，保證內(nèi)外鈑金間隙要求，由內(nèi)而外向車外疊加尺寸鏈得到門外鈑金的最靠內(nèi)限制。限制了造型面最靠內(nèi)（靠近鉸鏈）的位置。造型面太靠車內(nèi)，將無法保證鉸鏈與車門內(nèi)鈑的間隙要求。

Forward limit&Rearward limit：Forward limit限制了分縫線（GAP后分縫）最靠前的位置，避免車門開啟打側(cè)圍及相關(guān)零件；Rearward limit限制了分縫線最靠后的位置，避免前門開啟中打翼子板/后門開啟中打前門。對于前門與翼子板的分縫線，zone限制的是前門側(cè)的分縫線；對于后門與前門的分縫線，zone限制的是后門側(cè)的分縫線。

Outboard limit：限制了造型面最靠車外的位置，若造型面超出 outboard limit，那么Forward limit將在Rearward limit后方，而導(dǎo)致無法找到工程可行的分縫線方案。

1.2 門到翼子板工程斷面

圖2為門到翼子板工程斷面，圓圈標(biāo)注尺寸的數(shù)值關(guān)系到車門在swing過程中打翼子板的風(fēng)險(xiǎn)大?。黄渲幸碜影寮t圈標(biāo)注的尺寸在翼子板不同位置的翻邊數(shù)值會有所變化，例如翼子板下部翻邊角度更大，對swing的要求更為苛刻。

圖2 門到翼子板工程斷面

2 目標(biāo)定義

以平順的分縫線作為優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)定Δ值（分縫線前凸與反凹X向落差）做為分縫線平順性的評價(jià)指標(biāo)。實(shí)物模型評估五條不同扭曲程度（Δ=8/6/4/2/0）分縫線，調(diào)研30個(gè)客戶樣本點(diǎn)對分縫線平順性的滿意程度（10分為很滿意，8分為較滿意，7分為可以接受，6分及以下為不滿意，0分極差），整理客戶損失函數(shù)如圖3（原始數(shù)據(jù)見圖5），其中橫坐標(biāo)為Δ值，縱坐標(biāo)為不滿意度（＜=6分），由圖可知：

圖3 分縫線平順性及客戶滿意度調(diào)查

（1）隨著Δ變大，客戶不滿意度變大；

（2）為將客戶損失控制在10%內(nèi)，Δ需＜=1mm，因此將優(yōu)化目標(biāo)設(shè)定為Δ＜=1mm。

Gap大小是分縫線平順性重要的設(shè)計(jì)因素，GAP大，門更不容易打fender，forward limit的限制更為寬松，分縫線可以更平順。然而，較大的GAP會帶來外觀感知質(zhì)量的損失。實(shí)物評估五個(gè)不同的GAP大小（GAP=3/3.5/4/4.5/5），調(diào)研30個(gè)客戶樣本點(diǎn)對分縫線平順性的滿意程度見圖5，整理客戶損失函數(shù)如圖4，橫坐標(biāo)為GAP值，縱坐標(biāo)為不滿意度（＜=6分），由圖可知：

（1）Gap小于3.5mm時(shí)，客戶對gap的不敏感，3.5mm與3.0mm gap均達(dá)到了100%的滿意度；

（2）Gap大于3.5mm時(shí)，隨著gap的增大，客戶不滿意度急劇上升；

因此，對客戶而言，Gap是一個(gè)理所應(yīng)當(dāng)質(zhì)量，在分縫線優(yōu)化過程中，Gap取3.5mm。

圖4 Gap大小及客戶滿意度調(diào)查

圖5 客戶滿意度調(diào)查原始數(shù)據(jù)

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)

DFSS是按照合理的設(shè)計(jì)流程，運(yùn)用科學(xué)的方法準(zhǔn)確理解和把握客戶需求，對新產(chǎn)品在低成本下實(shí)現(xiàn)6西格瑪質(zhì)量水平，同時(shí)，使產(chǎn)品本身具有抵抗各種干擾能力，即使使用環(huán)境惡劣或操作不當(dāng)，產(chǎn)品仍能滿足客戶需求[3]。本文采用DFSS的系統(tǒng)優(yōu)化方法，圖6為本優(yōu)化研究課題參數(shù)系統(tǒng)圖，在開門系統(tǒng)的優(yōu)化中，控制因子為鉸鏈布置，噪音因子為GAP及flush的公差，潛在的癥狀為感知質(zhì)量差、配合差、開門打翼子板易磨損，優(yōu)化目標(biāo)為消除癥狀的、分縫線平順的、穩(wěn)健的系統(tǒng)。

圖6 車門分縫線參數(shù)系統(tǒng)圖

3.1 控制因子

圖7為本文研究的控制因子，基于某品牌三廂轎車的鉸鏈布置系統(tǒng)，建立以鉸鏈中心線為Z軸的坐標(biāo)系：

X1為鉸鏈在前后方向上（X向）的布置位置，X1為正值時(shí)鉸鏈向后移動，X1為負(fù)值時(shí)鉸鏈向后移動，將鉸鏈前后各10mm移動作為該因子優(yōu)化范圍；

X2為鉸鏈在內(nèi)外方向上（Y向）的布置位置，X2為正值時(shí)鉸鏈向外側(cè)移動，X2為負(fù)值時(shí)鉸鏈向內(nèi)側(cè)移動，將鉸里外各5mm移動量作為該因子優(yōu)化范圍；

X3為鉸鏈在高度方向上（Z向）的布置位置，X3為正值時(shí)鉸鏈向上移動，X3為負(fù)值時(shí)鉸鏈向下移動，將鉸鏈上下各10mm移動量作為該因子優(yōu)化范圍；

X4為鉸鏈前后方向傾角，是在側(cè)視圖上鉸鏈中心線與垂直方向的夾角，X4為正值時(shí)鉸鏈上端前傾，X4為負(fù)值時(shí)鉸鏈上端后傾，一般的，考慮開關(guān)門的便利性及下垂程度，鉸鏈的前后傾角各不超過5°，以此作為該因子優(yōu)化范圍；

X5為鉸鏈里外方向傾角，是在前識圖上鉸鏈中心線與垂直方向的夾角，X5為正值時(shí)鉸鏈上端內(nèi)傾，X5為負(fù)值時(shí)鉸鏈上端外傾，一般的，考慮到開門時(shí)門不要有往下掉的趨勢，鉸鏈的設(shè)計(jì)應(yīng)該為內(nèi)傾，因此將0到+5°作為該因子的優(yōu)化范圍。

圖7 鉸鏈布置控制因子

3.2 噪音因子

噪音因子是系統(tǒng)在正常的工作期間變化的因子，而且我們不能夠控制這些因子；或者說我們寧愿不控制他們，因?yàn)檫@么做代價(jià)很昂貴。穩(wěn)健性設(shè)計(jì)是DFSS的關(guān)鍵支撐技術(shù)，是考慮到設(shè)計(jì)參數(shù)公差控制成本，并減小設(shè)計(jì)系統(tǒng)對其響應(yīng)損失的優(yōu)化設(shè)計(jì)[4]。對于開門系統(tǒng)，門與翼子板之間GAP和Flush的公差是噪音因子，他們的上下偏差為±0.75，這個(gè)是由工藝水平?jīng)Q定的，不可避免，或者說改善這個(gè)公差需要花費(fèi)非常高的代價(jià)。對于該系統(tǒng)，GAP及flush的下偏差，對于門的開閉是惡劣的情況，如圖8。本課題優(yōu)化的其中一個(gè)目的，是設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)健的系統(tǒng)，在不同的噪音因子水平情況下都能得到良好的相應(yīng)輸出。

圖8 車門分縫線設(shè)計(jì)噪音因子

3.3 參數(shù)化模型

建立圖9車門分縫線設(shè)計(jì)參數(shù)化模型，位置1（強(qiáng)特征處）是在車門打開的時(shí)候分縫線最靠前的拐點(diǎn)，位于rearward limit位置；位置2（強(qiáng)特征消失處）是分縫線彎曲的消失點(diǎn)，位于frontward limit位置。當(dāng)：

（1）rearward limit位于frontward limit前時(shí)，將生成彎曲分縫線；

（2）rearward limit位于frontward limit后時(shí)，可生成光順分縫線；

取rearward limit在frontward limit后30mm為響應(yīng)值0點(diǎn)；rearward越靠后，響應(yīng)值越小，越容易生成光順的分縫線。

圖9 車門分縫線設(shè)計(jì)參數(shù)化模型

3.4 正交優(yōu)化

建立五個(gè)因子，三個(gè)水平的L18*望小正交列表，通過參數(shù)化模型分析Δ值，并計(jì)算S/N及Mean結(jié)果如圖10。

圖10 L18*正交列表

Mean為望小屬性，Mean越小，分縫線越平順；S/N為望大屬性，S/N越大，系統(tǒng)越穩(wěn)健。整理各設(shè)計(jì)因子對系統(tǒng)影響如圖11：

圖11 各設(shè)計(jì)因子Mean及S/N分析

由圖11可得到如下推論：

（1）X1、X3：鉸鏈X、Z向位置對分縫線彎曲無較大影響，為不顯著因子；

（2）X2：鉸鏈Y向位置對分縫線彎曲影響較大，鉸鏈越靠外，分縫線越容易平順；

（3）X4：鉸鏈上端前傾越小，分縫線越容易平順；

（4）X5：鉸鏈上端內(nèi)傾越小，分縫線越容易平順；

（5）最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案為：X2=10，X4=-5，X5=0，計(jì)算優(yōu)化方案Δ值為-5.7mm。

圖12為優(yōu)化前后的分縫線平順性對比，圖13左通過數(shù)模驗(yàn)證了優(yōu)化方案車門開啟過程中不打車身及相關(guān)結(jié)構(gòu)，圖13右驗(yàn)證了優(yōu)化方案車門開啟過程中不打fender，優(yōu)化方案為有效方案。

圖12 優(yōu)化前后分縫線平順性對比

圖13 優(yōu)化方案數(shù)模驗(yàn)證

3.5 靈敏度分析

進(jìn)一步的分析各因子對分縫線平順性的靈敏度如圖？得到結(jié)論如下：

（1）X1、X3鉸鏈前后及上下方向的位置對分縫線平順性的影響較小，不作為優(yōu)化鉸鏈平順性的主要設(shè)計(jì)因子；

（2）X2鉸鏈中心線在里外方向的位置對分縫線平順性的影響較大，鉸鏈每向外移動1mm，分縫線平順性約可改善1.1mm；

（3）X4鉸鏈中心線上端向后傾1°，分縫線平順性改善約0.4mm；

（4）X5鉸鏈中心線向外傾1°，改善約1.5mm。

圖14 各設(shè)計(jì)因子對平順性靈敏度

4 結(jié)論

（1）通過優(yōu)化鉸鏈布置，得到了滿足某三廂車強(qiáng)特征造型的車門開閉集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，該方案利用較低的開發(fā)成本及開發(fā)時(shí)間，得到了平順的分縫線，同時(shí)具備了較高的客戶感知質(zhì)量。

（2）通過本文研究，得到了各設(shè)計(jì)因子對分縫線平順性影響因子如下：

1）鉸鏈前后及上下方向的位置對分縫線平順性的影響較小，不作為主要優(yōu)化因子；

2）鉸鏈中心線在車輛里外方向的位置對分縫線平順性的影響較大，鉸鏈每向外移動1mm，分縫線平順性約可改善1.1mm；

3）鉸鏈中心線前后傾角對分縫線平順性影響較大，中心線上端向后傾1°，分縫線平順性改善約0.4mm；

4）鉸鏈中心線內(nèi)外傾角對分縫線平順性影響較大，鉸鏈中心線向外傾1°，改善約1.5mm。