新能源汽車電子產(chǎn)品開發(fā)中DFSS設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用

吳瑋瑋

節(jié)約能源與環(huán)境保護(hù)是當(dāng)今時(shí)代不斷倡導(dǎo)的理念，因此，在新能源汽車電子產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域，DFSS（design for six sigma，6 sigma）因其在產(chǎn)品質(zhì)量、成本、市場(chǎng)和開發(fā)中所具有的顯著優(yōu)勢(shì)，以及其卓越的設(shè)計(jì)理念和超前的研究方法，早已被全世界多個(gè)汽車企業(yè)所接受并廣泛采用，成效斐然。

DFSS設(shè)計(jì)方法的概況

到目前為止，IDDOV流程是業(yè)界較為推崇也是應(yīng)用最為廣泛的DFSS設(shè)計(jì)程序，它是由“識(shí)別、定義、開發(fā)、優(yōu)化、驗(yàn)證”五個(gè)步驟組成的，具體到新能源汽車的設(shè)計(jì)中，各個(gè)程序又有其具體含義。

（1）識(shí)別是指在設(shè)計(jì)新能源汽車電子產(chǎn)品時(shí)，要首先確定設(shè)計(jì)的產(chǎn)品所具有的功能屬性，并充分驗(yàn)證識(shí)別出的功能是否切實(shí)可行。

（2）定義是指在設(shè)計(jì)新能源汽車電子產(chǎn)品時(shí)，要對(duì)產(chǎn)品的功能特性、電路接口進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)分和確定，將所有預(yù)料到的動(dòng)態(tài)或者瞬態(tài)情況進(jìn)行全面考慮。

（3）開發(fā)是指具體電路的設(shè)計(jì)以及元器件型號(hào)的選取不是盲目進(jìn)行的，要依照實(shí)際的需求來確定并進(jìn)行合理選擇。

（4）優(yōu)化一是指產(chǎn)品優(yōu)化；二是指設(shè)計(jì)過程的優(yōu)化。

（5）驗(yàn)證是通過某種手段比如市場(chǎng)調(diào)研、客戶咨詢等方式來了解設(shè)計(jì)的產(chǎn)品是否與顧客的最初期望相符合。

設(shè)計(jì)實(shí)例

本文將DFSS設(shè)計(jì)引入新能源汽車電子產(chǎn)品的開發(fā)中，按照上文提出的設(shè)計(jì)程序?qū)Ξa(chǎn)品生產(chǎn)過程進(jìn)行詳細(xì)說明。

1.識(shí)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(gè)溫度范圍內(nèi)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(hào)，電壓值必須在6伏到16伏之間，在這個(gè)電壓下微調(diào)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(fù)位信號(hào)的來源也是穩(wěn)壓器的復(fù)位輸出信號(hào)。具體功能圖詳見圖2。

如圖3為電源電路中的功能函數(shù)，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(fù)位信號(hào)，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(gè)因變量（用Y表示）：穩(wěn)壓器的復(fù)位信號(hào)及輸出電壓滿足表1所示的條件，對(duì)應(yīng)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(fù)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(shù)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(huì)對(duì)其進(jìn)行更換，從另一個(gè)角度來講，在驅(qū)動(dòng)能力相同的情況下，目前所用的穩(wěn)壓器已經(jīng)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(shù)如下：二極管型號(hào)為，那么可以得到：，因此本設(shè)計(jì)所用的二極管符合要求。

4.優(yōu)化

上步驟的極限設(shè)計(jì)雖然與整車需求相符合，但是實(shí)際應(yīng)用中耗費(fèi)的成本比較高，而選用DFSS設(shè)計(jì)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(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化優(yōu)于極限設(shè)計(jì)法。首先對(duì)于二極管的選取，本設(shè)計(jì)方法選用的ISR154—400的成本比BAT240A低，根據(jù)相關(guān)計(jì)算可以得到如表3所示在三個(gè)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(gè)溫度下的驗(yàn)證結(jié)果。

表3 和的

表3 和的

cc

表4 的驗(yàn)證結(jié)果

表4 的驗(yàn)證結(jié)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(yàn)證

DFSS設(shè)計(jì)中選用的ISR154—400每個(gè)的成本要比極限法中選用的穩(wěn)壓器成本低0.109美元，據(jù)此計(jì)算每年可以節(jié)約成本1100美元。假設(shè)，在其余控制器和項(xiàng)目建設(shè)中也使用該二極管，則每年會(huì)為企業(yè)節(jié)約大量的成本。

結(jié) 論

本研究的DFSS設(shè)計(jì)方法既能夠降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，又能設(shè)計(jì)出符合顧客需求的產(chǎn)品，該設(shè)計(jì)方法體現(xiàn)出的優(yōu)越性與新能源汽車電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特點(diǎn)相符合，因此，DFSS在國(guó)內(nèi)新能源汽車電子產(chǎn)品開發(fā)的全面推廣指日可待。

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