李航 于陽(yáng) 張棟江 王歡歡 呂波濤 辛慶鋒

浙江吉利控股集團(tuán) 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(guó)家法規(guī)對(duì)微型車標(biāo)準(zhǔn)的放開(kāi)準(zhǔn)入，各主機(jī)廠對(duì)微型車的開(kāi)發(fā)與投入正積極展開(kāi)，同時(shí)有于微型車的消費(fèi)人群主要面對(duì)三四線城市和城市年輕族群，產(chǎn)品主要以價(jià)廉物美的銷售路線進(jìn)行。產(chǎn)品的售價(jià)決定系統(tǒng)或者子系統(tǒng)技術(shù)路線。本文針對(duì)真空系統(tǒng)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在的質(zhì)量與成本超出目標(biāo)要求，對(duì)零部件的造型、子系統(tǒng)的匹配以及整合進(jìn)行了各方面的研究，經(jīng)過(guò)零件整合、匹配以及仿真分析，最終研究出達(dá)到目標(biāo)要求的子系統(tǒng)和零部件。同時(shí)也總結(jié)出了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)前期需要進(jìn)行的系統(tǒng)匹配測(cè)試項(xiàng)目，為后續(xù)車型的開(kāi)發(fā)提供了非常寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

2 系統(tǒng)技術(shù)路線定義與目標(biāo)差距

圖1 真空系統(tǒng)組成示意圖

純電動(dòng)車真空系統(tǒng)包括電動(dòng)真空泵、真空助力器、真空管、真空罐以及相應(yīng)固定支架，整車屬性目標(biāo)分解系統(tǒng)級(jí)，系統(tǒng)再分解至子系統(tǒng)和零件中。該項(xiàng)目的真空系統(tǒng)，根據(jù)制動(dòng)系統(tǒng)需求，初步確定了真空助力器規(guī)格8寸，真空泵未獨(dú)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(tǒng)，系統(tǒng)零件選型確定后，初步估計(jì)成本為580元。但項(xiàng)目分解下來(lái)的成本目標(biāo)450元，技術(shù)成本與目標(biāo)差距明顯，需要進(jìn)一步做技術(shù)優(yōu)化，以滿足成本目標(biāo)。

3 目標(biāo)達(dá)成可行性思路

成本目標(biāo)達(dá)成可通過(guò)三方面進(jìn)行，可通過(guò)采購(gòu)談判，從供應(yīng)鏈角度與供應(yīng)商達(dá)成成本目標(biāo)，相應(yīng)部門挑選多家供應(yīng)商進(jìn)入預(yù)選，成本最優(yōu)者獲得配套資格；第二種方法為質(zhì)量目標(biāo)的談判，質(zhì)保期、售后PPM目標(biāo)等均是成本目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的路徑。第三種方法則是技術(shù)路線的選擇，合適的技術(shù)路線可以為產(chǎn)品的成本達(dá)成提供有效的支持。本文從產(chǎn)品集成、不同路線的性能對(duì)標(biāo)等方面進(jìn)行成本分解，以期做到技術(shù)成本最優(yōu)化。

3.1 助力器傳感器結(jié)構(gòu)的選型優(yōu)化

真空助力器中裝配有真空度傳感器，用于檢測(cè)助力器內(nèi)的真空變化，實(shí)時(shí)控制真空泵的啟停。真空度傳感器的結(jié)構(gòu)根據(jù)客戶的需求不同，會(huì)有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)差異。該項(xiàng)目產(chǎn)品最初設(shè)計(jì)為集成式傳感器，即傳感器與單向閥集成一體，可節(jié)省空間。而因?yàn)榧墒降慕Y(jié)構(gòu)使產(chǎn)品在裝配時(shí)會(huì)多幾道封裝工序，工時(shí)、設(shè)備折算到成本中，使成本遠(yuǎn)高于分體式結(jié)構(gòu)。經(jīng)供應(yīng)商技術(shù)詢價(jià)以及對(duì)標(biāo)，將其結(jié)構(gòu)優(yōu)化為成本較低的分體式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使得真空管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，減少了零部件數(shù)量，總裝裝配效率也有了提升。

圖2 真空度傳感器集成式結(jié)構(gòu)

圖3 真空度傳感器分體式結(jié)構(gòu)

3.2 電動(dòng)真空泵的選型優(yōu)化

電動(dòng)真空泵的抽氣能力是真空系統(tǒng)的匹配的關(guān)鍵，一般情況下，需滿足整車連續(xù)制動(dòng)與緊急制動(dòng)時(shí)的真空需求，真空需求是否滿足要求，可用制動(dòng)踏板力是否在要求范圍內(nèi)進(jìn)行判斷[1]，如果真空補(bǔ)充能力不足，反饋到制動(dòng)踏板上的力就會(huì)增大，客戶的主觀感受就是踩不動(dòng)。為匹配出性能最優(yōu)、成本、質(zhì)量均滿足目標(biāo)要求。本文對(duì)不同供應(yīng)商、不同規(guī)格的電動(dòng)真空泵進(jìn)行了整車搭載測(cè)試，匹配出適合該車型的電動(dòng)真空泵規(guī)格。

3.3 電動(dòng)真空泵選型測(cè)試方法

電動(dòng)真空泵的選型測(cè)試包括連續(xù)工作溫升、連續(xù)制動(dòng)踏板力變化、和真空度恢復(fù)三項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目，溫升測(cè)試主要噪驗(yàn)證產(chǎn)品在持續(xù)工作時(shí)的溫度變化，連續(xù)制動(dòng)踏板力的變化和真空度恢復(fù)測(cè)試，用以驗(yàn)證產(chǎn)品抽氣能力的優(yōu)劣。

3.3.1 電動(dòng)真空泵溫升選型測(cè)試

溫度的控制可以體現(xiàn)不同供應(yīng)商的零件匹配能力，溫升慢，說(shuō)明供應(yīng)商的電機(jī)與連接部件的工藝、設(shè)計(jì)匹配能力強(qiáng)，以較低的能量消耗獲得較高的能量轉(zhuǎn)化。電動(dòng)真空泵溫升的測(cè)試方法為:電動(dòng)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(dòng)踏板，連續(xù)進(jìn)行10分鐘。同時(shí)在真空泵的電機(jī)處裝配溫度傳感器，實(shí)時(shí)記錄電機(jī)的發(fā)熱情況。經(jīng)對(duì)比測(cè)試，可以得出相同規(guī)格的產(chǎn)品，不同的供應(yīng)商的溫度匹配能力不同。A供應(yīng)商電動(dòng)真空泵在連續(xù)10min工作工況溫度變化率較低，說(shuō)明在持續(xù)工作溫升測(cè)試對(duì)比中有優(yōu)勢(shì)。

3.3.2 連續(xù)制動(dòng)選型測(cè)試

連續(xù)制動(dòng)測(cè)試的目的是保證車輛在堵車、長(zhǎng)下坡或者倒車工況，駕駛員有連續(xù)制動(dòng)需求時(shí)，電動(dòng)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(xiàn)踩踏板變硬，降低駕駛員的駕乘感受。連續(xù)制動(dòng)選型測(cè)試方法:不同供應(yīng)商的電動(dòng)真空泵裝配至整車，以1s/次的頻率連續(xù)踩下制動(dòng)踏板，初始踏板力設(shè)定為50N,連續(xù)制動(dòng)3次，測(cè)試過(guò)程中記錄真空度和踏板力的變化，以此評(píng)價(jià)電動(dòng)真空泵的抽真空能力。

判斷電動(dòng)真空泵是否滿足整車真空泵匹配能力的條件為連續(xù)制動(dòng)時(shí)第三腳與第一腳的踏板力比值小于1.4.經(jīng)測(cè)試，不同廠家的電動(dòng)真空泵實(shí)車踏板力表現(xiàn)均不相同，從統(tǒng)計(jì)圖可以統(tǒng)計(jì)出，三家供應(yīng)商的電動(dòng)真空泵抽氣能力低于目標(biāo)要求，只有兩家的電動(dòng)真空泵滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。上述真空系統(tǒng)包含的部件為電動(dòng)真空泵、儲(chǔ)氣罐、真空管和真空助力器。

3.3.3 取消儲(chǔ)氣罐降本可行性測(cè)試

經(jīng)過(guò)測(cè)試，兩家供應(yīng)商的真空泵可以滿足整車連續(xù)制動(dòng)的踏板力和真空度要求，上述的測(cè)試是在配置了儲(chǔ)氣罐的前提下進(jìn)行的。取消儲(chǔ)氣罐降低設(shè)計(jì)成本是否可以滿足整車連續(xù)制動(dòng)性能需求，本文將進(jìn)行實(shí)車測(cè)試。測(cè)試方法與連續(xù)制動(dòng)測(cè)試保持一致，取消儲(chǔ)氣罐的連接，直接將電動(dòng)真空泵與真空助力器連接。經(jīng)測(cè)試，兩家供應(yīng)商的電動(dòng)真空泵在無(wú)儲(chǔ)氣罐的條件下，連續(xù)制動(dòng)測(cè)試，踏板力的變化滿足目標(biāo)要求。即真空系統(tǒng)取消儲(chǔ)氣罐，整車制動(dòng)性能滿足目標(biāo)要求，方案可行。(圖7)

圖4 電動(dòng)真空泵的溫升測(cè)試對(duì)比匯總圖

圖7 制動(dòng)第三腳與第一腳踏板力比值統(tǒng)計(jì)圖（不配儲(chǔ)氣罐）

圖5 制動(dòng)第三腳與第一腳踏板力比值統(tǒng)計(jì)圖

圖6 不同真空泵供應(yīng)商真空度恢復(fù)曲線匯總

4 基于成本最優(yōu)化的系統(tǒng)匹配總結(jié)

真空系統(tǒng)的成本經(jīng)過(guò)零件選型優(yōu)化、測(cè)試匹配以及產(chǎn)品零件的整合，使設(shè)計(jì)成本達(dá)到了最優(yōu)化。真空度傳感器的結(jié)構(gòu)選型優(yōu)化，降低采購(gòu)成本約30元，電動(dòng)真空泵的選型優(yōu)化，減少儲(chǔ)氣罐、固定支架以及相應(yīng)的固定螺栓，真空管的結(jié)構(gòu)也相應(yīng)優(yōu)化，使得真空系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)成本降低了42元，綜合降低72元，真空系統(tǒng)的原設(shè)計(jì)成本由前期的580元，降低至508元。技術(shù)方案確定后，經(jīng)由采購(gòu)等部門與供應(yīng)鏈采購(gòu)談判，最終將真空系統(tǒng)的成本目標(biāo)達(dá)成。本次基于成本優(yōu)化進(jìn)行的系統(tǒng)匹配測(cè)試和結(jié)構(gòu)選型，對(duì)后續(xù)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)提供了非常寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為其他車型的開(kāi)發(fā)提供了借鑒。

圖8 真空系統(tǒng)優(yōu)化后方案