朱克非

摘 要：NVH（Noise Vibration Harshness噪音振動(dòng)平順性）是新能源汽車(chē)行業(yè)衡量驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)水平和制造質(zhì)量的重要指標(biāo)。為了從制造過(guò)程來(lái)分析和優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電機(jī)的NVH性能，提升量產(chǎn)電機(jī)產(chǎn)品的制造質(zhì)量，本文結(jié)合六西格瑪DMAIC質(zhì)量體系方法，應(yīng)用到車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)品的實(shí)際量產(chǎn)制造中，進(jìn)行了制造產(chǎn)線(xiàn)中NVH相關(guān)的MSA（測(cè)量系統(tǒng)分析），利用FTA（故障樹(shù)分析）得到了影響電機(jī)制造NVH的相關(guān)變量，通過(guò)相關(guān)性分析方法和最佳子集回歸法得到了影響制造NVH的關(guān)鍵因素，優(yōu)化并將改善點(diǎn)加入了產(chǎn)線(xiàn)NVH控制計(jì)劃。本研究對(duì)于提升車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的制造質(zhì)量水平及建立車(chē)用驅(qū)動(dòng)電機(jī)制造NVH開(kāi)發(fā)體系具有重要意義。

關(guān)鍵詞：新能源汽車(chē) 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 量產(chǎn)制造 NVH

1 引言

NVH是新能源汽車(chē)行業(yè)衡量驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)和制造水平的重要指標(biāo)，因此NVH性能不僅與電機(jī)的電磁、結(jié)構(gòu)和控制設(shè)計(jì)相關(guān)，也與電機(jī)制造過(guò)程中的來(lái)料質(zhì)量和裝配工藝密切相關(guān)。很多論文做了驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電驅(qū)系統(tǒng)設(shè)計(jì)層面的NVH分析優(yōu)化，但是從量產(chǎn)制造層面來(lái)研究驅(qū)動(dòng)電機(jī)NVH性能分析優(yōu)化的研究相對(duì)較少。

為了保證實(shí)際電機(jī)產(chǎn)品在大規(guī)模量產(chǎn)制造時(shí)的質(zhì)量和工藝一致性，需要建立量產(chǎn)制造層面的電機(jī)NVH開(kāi)發(fā)體系，本文采用六西格瑪質(zhì)量體系的DMAIC方法。六西格瑪質(zhì)量體系包含DFSS和DMAIC兩種方法。DFSS即Design For Six Sigma 六西格瑪設(shè)計(jì)，包含DOE（Design of Experiment 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)）等實(shí)用工具，主要應(yīng)用于新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。DMAIC方法即Define定義，Measure測(cè)量，Analysis分析，Improve改進(jìn)，Control控制，這一套方法流程主要應(yīng)用于對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的優(yōu)化改進(jìn)，如圖1所示。DMAIC方法包含MSA（Measuring System Analysis測(cè)量系統(tǒng)分析）、 FTA（Fault Tree Analysis故障樹(shù)分析）、Correlation Analysis（相關(guān)性分析）等實(shí)用工具。本文主要研究的是對(duì)現(xiàn)有量產(chǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)制造層面的NVH性能做分析優(yōu)化，因此相對(duì)于DFSS方法，DMAIC方法更適合應(yīng)用于本研究。

2 基于六西格瑪DMAIC的制造NVH分析優(yōu)化

2.1 項(xiàng)目定義

Define階段需明確要解決的電機(jī)制造NVH問(wèn)題，一般將影響制造產(chǎn)線(xiàn)NVH合格率較大的問(wèn)題點(diǎn)定義為項(xiàng)目目標(biāo)。此外，還需要定義項(xiàng)目的背景、時(shí)間計(jì)劃、預(yù)期經(jīng)濟(jì)效益以及項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。由于NVH與電機(jī)定轉(zhuǎn)子、機(jī)殼等的來(lái)料和裝配過(guò)程都密切相關(guān)，因此NVH作為一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題，需要成立一個(gè)多專(zhuān)業(yè)方向、跨部門(mén)的項(xiàng)目組，一般由公司領(lǐng)導(dǎo)層牽頭，同時(shí)質(zhì)量部門(mén)、工藝部門(mén)、生產(chǎn)部門(mén)、技術(shù)部門(mén)的同事一起組織成立一個(gè)六西格瑪小組，并由六西格瑪黑帶大師負(fù)責(zé)具體指導(dǎo)。

2.2 測(cè)量分析

Measure測(cè)量主要包含MSA（Measuring System Analysis）測(cè)量系統(tǒng)分析和尺寸測(cè)量。在尺寸測(cè)量之前，首先需要保證測(cè)量系統(tǒng)測(cè)得的結(jié)果具有較好的一致性，并且可以準(zhǔn)確地測(cè)量定轉(zhuǎn)子同軸度、疊片高度、垂直度等尺寸，以及電機(jī)的振動(dòng)、電流、轉(zhuǎn)速等物理量。MSA主要是對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和一致性做分析的。制造產(chǎn)線(xiàn)的測(cè)量系統(tǒng)包含了NVH EOL（End of Line）下線(xiàn)檢測(cè)臺(tái)架、轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)量?jī)x、電機(jī)軸承壓裝力的測(cè)量傳感器、電機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸的三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等。

為了保證出廠(chǎng)的電機(jī)產(chǎn)品NVH性能是合格的，不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)噪音較大的情況，需要建立NVH EOL下線(xiàn)檢測(cè)臺(tái)架，對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的電機(jī)做NVH下線(xiàn)測(cè)試，進(jìn)行時(shí)域上的幅值分析，頻域上的頻譜分析、階次分析，統(tǒng)計(jì)出振動(dòng)的限值標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合整車(chē)NVH測(cè)試的反饋，來(lái)設(shè)置NVH的出廠(chǎng)檢測(cè)判定標(biāo)準(zhǔn)?；诖藰?biāo)準(zhǔn)，對(duì)振動(dòng)值較大的電機(jī)做攔截防止不合格品流出，同時(shí)對(duì)不合格品做故障診斷分析優(yōu)化，并將改善點(diǎn)加入產(chǎn)線(xiàn)NVH控制計(jì)劃來(lái)加以管控。由于實(shí)際生產(chǎn)線(xiàn)所處的環(huán)境并非安靜的半消聲室，產(chǎn)線(xiàn)的環(huán)境噪音對(duì)NVH EOL臺(tái)架的聲學(xué)測(cè)量結(jié)果干擾較大，因此產(chǎn)線(xiàn)上一般用振動(dòng)代替聲音來(lái)檢測(cè)下線(xiàn)電機(jī)的NVH性能，并且需要對(duì)NVH EOL測(cè)試臺(tái)架做MSA分析。此外，從制造過(guò)程中來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡工藝是影響電機(jī)NVH的重要工藝，為了保證轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)量是準(zhǔn)確的，需要做轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡測(cè)量?jī)x的MSA分析。一般用P/T值（即Precision/Tolerance，即精度/公差）來(lái)衡量測(cè)量系統(tǒng)的一致性，可以用公式表示為

NVH的MSA P/T=Precision/Tolerance

=6*σms/公差? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式（1）中的σms為NVH測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)差，公差為測(cè)量系統(tǒng)的公差。一般來(lái)說(shuō)，NVH相關(guān)的P/T值不大于10%能保證較好的測(cè)量準(zhǔn)確性和一致性，P/T值在10%到30%之間是屬于有條件接受的范圍，給出相關(guān)的合理分析即可接受，超過(guò)30%一般不可接受。

車(chē)用電機(jī)的振動(dòng)主要分為低頻機(jī)械振動(dòng)和電磁力激發(fā)的高頻電磁振動(dòng)，當(dāng)電機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)速升高時(shí)，機(jī)械振動(dòng)和電磁振動(dòng)的頻率也隨之升高。振動(dòng)頻率與振動(dòng)階次、電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速（rpm）之間關(guān)系為

振動(dòng)頻率（Hz）=振動(dòng)階次*電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速（rpm）/60? ? ? ? ? ? ? ? （2）

例如，當(dāng)電機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)速為6000rpm時(shí)，機(jī)械轉(zhuǎn)頻為100 Hz，1階振動(dòng)為100Hz，1階振動(dòng)一般代表的是與電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡相關(guān)的振動(dòng)。對(duì)于新能源汽車(chē)行業(yè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)常用的8極48槽永磁同步電機(jī)，主要的電磁振動(dòng)階次為8階、24階、48階和96階。為了使電機(jī)NVH EOL臺(tái)架的測(cè)量系統(tǒng)具有較好的一致性，本研究?jī)?yōu)化了臺(tái)架減震和接地方式、以及電機(jī)在臺(tái)架上的安裝方式。優(yōu)化后的NVH EOL臺(tái)架測(cè)得的機(jī)械和電磁階次振動(dòng)值MSA分析結(jié)果如表1所示。