周瑛 沈?yàn)t俊 胡俠 金漢

摘 要：本研究針對上汽乘用車分公司某車型的車門搖窗機(jī)系統(tǒng)性能展開研究，采用臺架實(shí)驗(yàn)和DFSS（六西格瑪設(shè)計(jì)）相結(jié)合的方法，得到影響車門搖窗機(jī)系統(tǒng)性能相關(guān)的主要影響因素及貢獻(xiàn)度，并通過關(guān)系式優(yōu)化理論設(shè)計(jì)得到合理的結(jié)構(gòu)、尺寸設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：乘用車車門;車門搖窗機(jī)系統(tǒng)性能;臺架實(shí)驗(yàn);DFSS實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1 前言

作為車門系統(tǒng)的重要組成部分，搖窗機(jī)系統(tǒng)的好壞直接關(guān)乎到顧客對整車感知質(zhì)量的評價(jià)[1]。搖窗機(jī)系統(tǒng)的失效主要表現(xiàn)在玻璃不能正常入槽、運(yùn)行阻力大、到頂時(shí)間長[2]、平順性差（上升及下降過程中玻璃X向波動(dòng)大）及運(yùn)行噪音大[3]等方面。通常各大主機(jī)廠都是采用CAE虛擬分析的方法來解決這些問題[4]，但實(shí)際上，受到零件的自身公差及生產(chǎn)制造精度的影響，這種方法下得到的分析結(jié)果很難直接應(yīng)用到整車的生產(chǎn)制造中。

本文以上汽乘用車某車型為例，在已有CAE分析的基礎(chǔ)上，開發(fā)設(shè)計(jì)了一套多尺寸可調(diào)節(jié)的車門臺架，通過生成不同狀態(tài)下車門鈑金件（搖窗機(jī)輔件）與車窗玻璃之間的匹配形式，分析車門上各個(gè)單件的尺寸、公差對車窗玻璃升降過程的影響，并最終得到綜合性能最優(yōu)時(shí)窗框結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)進(jìn)而用于指導(dǎo)整車的實(shí)際生產(chǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 臺架實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1.1 臺架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)臺架采用工業(yè)鋁型材連接而成，與實(shí)際車門的比例為1：1，按照數(shù)模理論位置還原，可調(diào)車門臺架通過臺架上的機(jī)構(gòu)需實(shí)現(xiàn)車門尺寸全因子可調(diào)，可實(shí)現(xiàn)但不僅限于車門上框、前后玻璃導(dǎo)軌、搖窗機(jī)導(dǎo)軌安裝點(diǎn)及內(nèi)外水切安裝面的尺寸無級調(diào)整，示意見圖1。

每個(gè)機(jī)構(gòu)的詳細(xì)功能描述如下：

a.面差測量：當(dāng)玻璃將要入槽時(shí)，將百分表插入測量玻璃與窗框上導(dǎo)軌的面差;

b.鎖止機(jī)構(gòu)：調(diào)整到想要的功能尺寸后進(jìn)行鎖止定位，防止臺架的可調(diào)機(jī)構(gòu)在試驗(yàn)過程中發(fā)生尺寸變化;

c.滑軌+可調(diào)機(jī)構(gòu)：臺架共有10處滑軌+可調(diào)機(jī)構(gòu)，保證功能尺寸可自由調(diào)節(jié);

d.阻力儀：加在玻璃與搖窗機(jī)之間，連接電腦可監(jiān)控玻璃運(yùn)行過程中的阻力變化值;

e.穩(wěn)壓電源：為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓，并監(jiān)控電流的變化;

f.百分表：用來測量面差;檢查可調(diào)機(jī)構(gòu)是否調(diào)整到位。

2.1.2 臺架實(shí)驗(yàn)可靠性驗(yàn)證

可靠性分析是實(shí)驗(yàn)的前提條件也是影響結(jié)果的重要因素，以測量玻璃Y向入槽尺寸為例，進(jìn)行五次玻璃升降實(shí)驗(yàn)，三個(gè)測量人員，每個(gè)測量人員對每次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行三次重復(fù)測量，用MINITAB中的量具R&R分析功能對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得研究變異SV：4.72%，NDC可區(qū)分的類別數(shù)：29，表明測量系統(tǒng)符合可靠性需求，滿足實(shí)驗(yàn)的基本條件。

2.2 DFSS實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法

2.2.1 研究對象及目標(biāo)確認(rèn)

對標(biāo)本公司某幾個(gè)項(xiàng)目的玻璃運(yùn)行X向偏轉(zhuǎn)量、玻璃上升時(shí)長及玻璃沖頂撞擊聲在行業(yè)內(nèi)的水平，發(fā)現(xiàn)有很大的可改善空間。定義好外部顧客和內(nèi)部顧客，區(qū)分主、次要顧客，并通過內(nèi)外客戶走訪獲得客戶心聲，制定合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)對象及目標(biāo)。

通過問卷調(diào)查、售后調(diào)研、Benchmark對標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)查閱等方式獲取顧客需求，對顧客需求進(jìn)行識別，區(qū)分基本功能和績效功能。

運(yùn)用分層過程分析法，根據(jù)打分確認(rèn)顧客的重要需求度排序依次為：玻璃入槽準(zhǔn)確性、玻璃運(yùn)行平穩(wěn)性、玻璃運(yùn)行時(shí)間適中、玻璃升降阻力小、玻璃運(yùn)行噪音小。

結(jié)合Benchmark對標(biāo)將客戶重要度高的需求進(jìn)行指標(biāo)量化，將想要研究的玻璃入槽準(zhǔn)確性、運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行平順性、運(yùn)行阻力及運(yùn)行噪音五大性能最終將轉(zhuǎn)換為可測量的玻璃入槽Y向偏差、運(yùn)行過程X向偏轉(zhuǎn)量、運(yùn)行時(shí)長、運(yùn)行最大阻力、入槽出槽噪音響度，并設(shè)定了初始的理想目標(biāo)：

a.玻璃入槽Y向偏差≤2mm（目前約2.6mm）;

b.玻璃運(yùn)行X向波動(dòng)量≤3mm（目前約4.5mm）;

c.玻璃運(yùn)行時(shí)長≤4s（目前約4.8s）;

d.45N≤玻璃運(yùn)行阻力≤75N（目前約83N）;

e.10SONE≤運(yùn)行噪音≤16 SONE（目前約18.5 SONE）

2.2.2 潛在風(fēng)險(xiǎn)管控

對本課題潛在的風(fēng)險(xiǎn)制定有效的預(yù)防措施：

a、供應(yīng)商報(bào)價(jià)過高：尋找潛在的供應(yīng)商或開發(fā)國產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)件作為備選方案;

b、供應(yīng)商生產(chǎn)和測量能力不足：尋找替換供應(yīng)商或供應(yīng)商配備調(diào)試人員作備選方案;

c、阻力測試評估工具精度不足：研發(fā)專用的阻力測試儀來確保探測精度;

d、實(shí)驗(yàn)次數(shù)過多周期長：選用合適的實(shí)驗(yàn)方法縮減實(shí)驗(yàn)次數(shù);

e、噪音測試和主觀評估能力不足：采用合理的評價(jià)手段，比如響度;實(shí)驗(yàn)測試環(huán)境啟用背景噪聲小于5 sones的半消聲室作為測試場地，配備有專業(yè)的具有數(shù)據(jù)處理功能的響度測試設(shè)備，固定好測點(diǎn)的具體位置、檢測頻次、測試工況，保證整個(gè)測量系統(tǒng)的可靠性，示意見圖2。

f、用DFMEA工具識別高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)， 針對其完成設(shè)計(jì)預(yù)防及優(yōu)化。

2.2.3 潛在影響因子篩選

a、用頭腦風(fēng)暴和5 WHY分析法結(jié)合的方式分析引起各功能失效的根本原因。

b、對根本原因進(jìn)行篩選，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，挑選易變更的參數(shù)作為主要的研究對象。

c、用QFD工具獲得重要的零件設(shè)計(jì)指標(biāo)。

2.2.4 DOE設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)法

a、確認(rèn)研究對象Y1：Y向入槽尺寸;Y2：玻璃升降X向波動(dòng);Y3：玻璃運(yùn)行時(shí)長;Y4：搖窗機(jī)運(yùn)行阻力;Y5：玻璃入槽噪音，定義研究對象屬性、單位、目標(biāo)及量測工具。

b、確認(rèn)影響性能參數(shù)的重要子零部件特性參數(shù)，即影響因子X及水平范圍。

c、考慮到影響因素為線性影響，DOE應(yīng)用2K部分因子設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)次數(shù)32次，并用MINITAB軟件分析32次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的分辨度為Ⅳ，足夠判別實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.2.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

a、臺架驗(yàn)證：根據(jù)優(yōu)化曲線挑選不同于正式實(shí)驗(yàn)的因子進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，示意見圖3：

得到的結(jié)果示意見圖4：

利用MINITAB中的配對T檢驗(yàn)功能分析得傳遞函數(shù)預(yù)測數(shù)值與實(shí)測數(shù)據(jù)的差異不明顯，P值大于0.05，表明實(shí)驗(yàn)得到的傳遞函數(shù)真實(shí)有效。

b、實(shí)車驗(yàn)證：挑選符合公差要求的10臺車做可靠性驗(yàn)證，最終判定結(jié)果全部合格。

3 結(jié)論

6個(gè)因子+1個(gè)交互作用對Y1影響顯著，調(diào)整后R-sq 為93.34%，傳遞函數(shù)解釋能力充足。

得到Y(jié)1的傳遞函數(shù)：

Y1=-0.1437 -0.5383*X1前導(dǎo)軌開檔 +0.5146*X2 B柱導(dǎo)軌開檔 +0.8796*X3上導(dǎo)軌開檔 -0.4306*X4前導(dǎo)軌Y向平移 +0.3350*X6上導(dǎo)軌Y向平移 -0.1372*X7前導(dǎo)軌X向 + 0.5262*X1前導(dǎo)軌開檔*X2 B柱導(dǎo)軌開檔。

5個(gè)因子+6個(gè)交互作用對Y2影響顯著，調(diào)整后的R-sq為90.94%，傳遞函數(shù)解釋能力充足。

得到Y(jié)2的傳遞函數(shù)：

Y2=2.319+1.332X1前導(dǎo)軌開檔-1.569X2B柱導(dǎo)軌開檔 -0.069X3上導(dǎo)軌開檔+0.0001 X4前導(dǎo)軌Y向平移+0.120X5B柱導(dǎo)軌Y向平移 -0.250X6上導(dǎo)軌Y向平移-0.1657X7前導(dǎo)軌X向+0.2241X8后導(dǎo)軌X向 -0.837X9導(dǎo)軌安裝點(diǎn)X向+0.387X10導(dǎo)軌安裝點(diǎn)Y向 -1.582X1前導(dǎo)軌開檔*X2B柱導(dǎo)軌開檔 -0.2134X1前導(dǎo)軌開檔*X4前導(dǎo)軌Y向平移 -0.681X2B柱導(dǎo)軌開檔*X3上導(dǎo)軌開檔 +0.505X2B柱導(dǎo)軌開檔*X5B柱導(dǎo)軌Y向平移-0.375X2B柱導(dǎo)軌開檔*X6上導(dǎo)軌Y向平移-0.693X3上導(dǎo)軌開檔*X5B柱導(dǎo)軌Y向平移。

實(shí)驗(yàn)得到的各影響因子對性能的影響程度在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程中有很大的指導(dǎo)意義。

實(shí)驗(yàn)得到的方程式對各因子的公差分配起到指導(dǎo)性作用。

4 優(yōu)化后X的結(jié)果

應(yīng)用POE（公差繁殖）的方法對Y1進(jìn)行公差分析，得各因子的公差取值如下：

X1：±0.5;X2：±0.5;X3：±0.5;X4：±1.2;X6：±1.2;X7：±1.2

通過對各因子的公差分配，得到預(yù)測值：SIGMA=6.27，Cpk=2.09，具體分析示意見圖5：

應(yīng)用POE（公差繁殖）的方法對Y2進(jìn)行公差分析，得各因子的公差取值如下：

X1：±0.5;X2：±0.5;X3：±0.5;X4：±1.2;X5：±1.2;X6：±1.2;X7：±1.2;X8：±1.2;X9：±0.5;X10：±0.5，具體分析示意見上圖6。

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