基于六西格瑪?shù)乃倪B桿后懸架車輛動力學性能設(shè)計

吳蒙

摘 要：為滿足客戶需求，提高車型的駕駛樂趣，下一代車型將采用全新的底盤架構(gòu)。本文通過運用六西格瑪設(shè)計方法，結(jié)合基于車輛動力學性能分解技術(shù)參數(shù)優(yōu)化工具，完成全新四連桿后懸架車輛動力學性能的前期開發(fā)，驗證前期開發(fā)中優(yōu)化設(shè)計結(jié)果的有效性。

關(guān)鍵詞：六西格瑪;四連桿后懸架車;動力性能設(shè)計

六西格瑪設(shè)計是信息驅(qū)動的六西格瑪系統(tǒng)方法，產(chǎn)品早期開發(fā)過程通過強帶哦縮短設(shè)計周期，實現(xiàn)高效能的產(chǎn)品開發(fā)過程。在產(chǎn)品新一代車型的全新底盤架構(gòu)開發(fā)中，為獲得更好的市場口碑，運用DFSS方法進行全新底盤架構(gòu)的四連桿后懸架設(shè)計。DFSS實施包括機會識別，定義要求，概念開發(fā)，優(yōu)化與驗證等階段。根據(jù)收集的客戶需求，轉(zhuǎn)化為設(shè)計語言，定義新一代車型的設(shè)計方案。在定義要求階段，將客戶需求轉(zhuǎn)化為整車技術(shù)要求，實現(xiàn)自上而下的目標定義過程。使用普氏選擇工具，從性能，質(zhì)量與市場競爭力分析，確定初始布置方案。運用基于整車動力學性能分解技術(shù)多目標優(yōu)化工具，找到滿足設(shè)計要求的參數(shù)配置，八婆了敏感性分析等重要步驟。通過虛擬分析優(yōu)化結(jié)果的有效性。

一、六西格瑪法簡介

1.6Σ的概念

六西格瑪包括DMAIC與DMADV，DMAIC是對低于六西格瑪規(guī)定的項目進行定義，分析及控制過程，DMADV是對試圖達到六西格瑪質(zhì)量的新產(chǎn)品進行定義，分析及驗證的過程。六西格瑪可以使營運成本降低，材料浪費減少，顧客滿意度增加，要達到六西格瑪標準，需要很長長時間才能實現(xiàn)[1]。

2.6Σ的特點

六西格瑪實施對需要改進的流程進行區(qū)分，優(yōu)先對需改進的流程改進，六西格瑪核心是追求零缺陷生產(chǎn)，降低成本，提高市場占有率，6Σ管理著眼于產(chǎn)品質(zhì)量，關(guān)注過程的改進。為達到6Σ，首先要制定標準，跟蹤操作與標準的偏差，最終形成使每個環(huán)節(jié)不斷改進的簡單流程標準。6Σ管理是持續(xù)性質(zhì)量改進方法，具有對顧客需求高度關(guān)注，高度依賴統(tǒng)計數(shù)據(jù)，重視改善業(yè)務(wù)流程，突破管理，倡導無界限合作等特征。

3.實施6Σ管理的作用

實施6Σ管理能夠提升企業(yè)管理的能力，節(jié)約企業(yè)運營成本，增加顧客價值，改進服務(wù)水平。6Σ管理以數(shù)據(jù)為驅(qū)動器，以往企業(yè)對管理的理解更多停留于書面上，6Σ將其轉(zhuǎn)化為實際有效的行動，6Σ管理的實施已成為介紹高品質(zhì)創(chuàng)新產(chǎn)品的必要戰(zhàn)略[2]。

企業(yè)所有的不良品會被廢棄或重新返工，執(zhí)行3Σ管理標準的公司直接與質(zhì)量有關(guān)的成本占銷售收入的10%，6Σ管理實施使霍尼韋爾公司一年節(jié)約成本6億美元。實施6Σ管理可使企業(yè)了解顧客需求，公司了解顧客的需求，通過采用6Σ管理原則減少隨意性，提高顧客滿意度。

6Σ管理可以用以改善服務(wù)流程，傳統(tǒng)管理方式下，人們工作處于被動狀態(tài)，通過實施6Σ管理，企業(yè)員工工作效率更高，員工重視質(zhì)量及顧客需求，通過參加培訓掌握規(guī)范化的問題解決方法。員工能專心工作，減少消防救火式活動。

二、六西格瑪法在車輛動力性能的設(shè)計

1.DFSS實施前期階段

上一代車型有著不錯的市場表現(xiàn)，通過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)消費者關(guān)注車輛行駛中獲得較好的操控感受。要求在車輛動力學意義的舒適性實現(xiàn)更好的平衡，目前扭桿梁后橋不能很好的兼顧操控性與舒適性，四連桿后懸對縱側(cè)鄉(xiāng)里能更好的實現(xiàn)解耦，能很好的保證操控性能的要求。成為一種很好的解決方案。

在定義階段，結(jié)合客戶需求，對新一代車型在車輛操控上的定位，先進行競爭車型的主觀駕駛評估。將客戶感知轉(zhuǎn)換為工程開發(fā)主觀感受，識別新一代車型在 車輛動力學性能的單一競爭車，定義下一代車型在主觀感知圖中的位置。

將主觀感覺轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的客觀指標，制定下一代車型的整車級技術(shù)指標。按照懸架系統(tǒng)開發(fā)流程，制定出四連桿后懸架操控性指標目標值，完成技術(shù)指標的分解。懸架子系統(tǒng)級的技術(shù)指標目標值設(shè)定保證整車級技術(shù)指標目標的實現(xiàn)。如何保證懸架子系統(tǒng)級的技術(shù)指標目標實現(xiàn)，成為車輛動力學性能正向開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.優(yōu)化設(shè)計

針對確定的四連桿后懸架選型，對四連桿懸架硬點及襯套剛度進行優(yōu)化設(shè)計，找出符合設(shè)計目標要求的最優(yōu)組合。

優(yōu)化開始前，需明確優(yōu)化涉及的控制因子，及約束范圍。以便選擇優(yōu)化策略。根據(jù)四連桿懸架結(jié)構(gòu)形式，選定控制因子包括硬點坐標變量18個，共31個設(shè)計變量作為控制因子。根據(jù)當前變量規(guī)模，將問題定義為多參數(shù)目標的優(yōu)化目標。需找出目標影響最顯著的部分控制因子。對篩選后的控制因子進行優(yōu)化分析。達到提高問題解決效率的目的。

采用業(yè)界領(lǐng)先的多學科優(yōu)化平臺iSight，及計算機后處理平臺Matlab搭建針對此問題的自動化參數(shù)優(yōu)化工具。

因參與優(yōu)化設(shè)計的控制因子為31個，如采用正交是研發(fā)費，正交表與計算規(guī)模較大，拉丁方設(shè)計具有有效的空間填充能力，拉丁方設(shè)計用同樣的點數(shù)可研究更多的組合，實驗次數(shù)可人為控制。

拉丁方設(shè)計隨水平的增加，可能存在丟失設(shè)計空間的可能性，最優(yōu)拉丁方改變了拉丁方設(shè)計的均勻性，具有很好的空間填充性，有效控制了實驗規(guī)模。結(jié)合本文中控制因子規(guī)模較大的實際情況，最優(yōu)拉丁方設(shè)計規(guī)?？刂凭哂休^大的優(yōu)勢。采用最優(yōu)拉丁方進行控制因子敏感性分析，試驗次數(shù)=水平數(shù)=31+1=32。

根據(jù)敏感性分析結(jié)果，對響應(yīng)按敏感度取前三個控制因子匯總。硬點對目標參數(shù)的影響大于襯套剛度對目標參數(shù)的影響，應(yīng)先考慮優(yōu)化硬點坐標，如改變贏點坐標能滿足設(shè)計要求，襯套剛度沿用初始選擇。篩選出前束桿內(nèi)點X，Y，Z坐標，外點X，Z坐標，外傾桿內(nèi)點Z坐標，外點X，Z坐標。

3.優(yōu)化分析

本文選取的控制因子變化范圍較大，如采用響應(yīng)面近似模型優(yōu)，近似模型效果不好。目標函數(shù)與優(yōu)化變量間有較強的非線性的多目標優(yōu)化問題，通常采用基于遺傳進行優(yōu)化策略的全局搜索法。

選擇種群個體數(shù)為20，交叉概率0.9，優(yōu)化目標參數(shù)值收斂至約束范圍內(nèi)?？傻玫蕉嘟M滿足目標設(shè)定的優(yōu)化結(jié)果?？紤]空間布置的因素，在盡量多的硬點位置不更改的前提下，選定以下一組為實際工程最優(yōu)解。

將優(yōu)化后的參數(shù)帶回車輛動力學模型計算，檢驗優(yōu)化后的參數(shù)是否滿足優(yōu)化目標，優(yōu)化后的結(jié)果仿真模型能滿足設(shè)計定義的目標要求，仿真結(jié)果能與樣車測試結(jié)果很好的吻合，證明設(shè)計有效的指導了車輛動力學性能的開發(fā)。

結(jié)語

經(jīng)過競爭車的主觀評估，與車輛動力學目標建立，到懸架的選型設(shè)計優(yōu)化，使用DFSS 的方法研究四連桿后懸架硬點的敏感性，優(yōu)化后參數(shù)滿足目標要求。本次四連桿懸架設(shè)計采用優(yōu)化軟件Isight，多體建模軟件Altair聯(lián)合仿真優(yōu)化，通過虛擬分析驗證，證明前期優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果滿足目標設(shè)定要求。

參考文獻

[1]俞鐘行.六西格瑪管理DOE某案例的改進[J].上海質(zhì)量，2019（02）：53-56.

[2]欒凱.四連桿式摩托車后懸架的動力模型與最佳設(shè)計[J].摩托車技術(shù)，1989（01）：12-18.

（作者單位：江鈴汽車股份有限公司）