某車型側(cè)門關(guān)門能量優(yōu)化

朱建華，李瑞榮，劉晶

(上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西柳州 545000)

0 引言

汽車側(cè)門的開關(guān)門感知質(zhì)量是整車感知質(zhì)量的重要組成部分。顧客在選購汽車時，都會打開和關(guān)閉汽車側(cè)門，所以側(cè)門的開關(guān)門感知質(zhì)量是顧客早期就能感受到的感知質(zhì)量。汽車側(cè)門開關(guān)門感知質(zhì)量主要包括擋位力感知質(zhì)量、關(guān)門力感知質(zhì)量和關(guān)門聲音品質(zhì)感知質(zhì)量。擋位力感知質(zhì)量是指側(cè)門解鎖后，把側(cè)門從接近0°(文中指3°)打開到最大角度，再關(guān)閉到接近0°(未上鎖)整個過程的感知質(zhì)量。關(guān)門力感知質(zhì)量是指接近0°時，側(cè)門是否好關(guān)閉(使側(cè)門完全上鎖)的感知質(zhì)量。關(guān)門聲音品質(zhì)感知質(zhì)量是指側(cè)門關(guān)閉時，所發(fā)出聲音是否悅耳的感知質(zhì)量。顧客通過感知開關(guān)門過程，來初步判斷目標(biāo)車型是否高檔，質(zhì)量是否可靠，而這個初步判斷是一個很重要的“第一印象”，對顧客的認(rèn)知和選購影響很大。

關(guān)門力感知質(zhì)量和關(guān)門聲音品質(zhì)感知質(zhì)量兩者并不是完全獨(dú)立、互不影響的。因?yàn)橛辛岁P(guān)門力，才會有側(cè)門與側(cè)圍的碰撞，而這個碰撞就是一個初始激勵，導(dǎo)致側(cè)門發(fā)出聲音，但發(fā)出什么樣的聲音，不僅與激勵有關(guān)，還與側(cè)門的具體結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般來說，關(guān)門力越小，關(guān)門聲音響度越小，引起的顫振、雜音、延時也越小，顧客的感知質(zhì)量越好[1]，所以降低關(guān)門力，不僅讓顧客感覺關(guān)門輕便，提高關(guān)門力感知質(zhì)量，還能提高關(guān)門聲音品質(zhì)感知質(zhì)量，因此降低關(guān)門力對提高開關(guān)門感知質(zhì)量有重要意義。

目前主流的評價關(guān)門力的指標(biāo)為最小關(guān)門速度(簡稱關(guān)門速度或關(guān)閉速度，單位m/s)和最小關(guān)門能量(簡稱關(guān)門能量，單位J)，兩者的關(guān)系如下：

(1)

式中：E為關(guān)門能量；J為側(cè)門的轉(zhuǎn)動慣量；v為關(guān)門速度；R為關(guān)門速度v對應(yīng)的轉(zhuǎn)動半徑。兩個評價指標(biāo)各有優(yōu)缺點(diǎn)：關(guān)門速度指標(biāo)測量方便，便于在線質(zhì)量監(jiān)控，但不便用于深入分析研究；關(guān)門能量便于拆分分配和研究，但測量繁瑣(側(cè)門轉(zhuǎn)動慣量J難以獲得)。

綜上所述及結(jié)合具體問題，本文作者采用關(guān)門能量為分析指標(biāo)(即文中所述“關(guān)門力”等同于“關(guān)門能量”)，對某車型的關(guān)門力進(jìn)行優(yōu)化。

1 問題來源及描述

該車型在項(xiàng)目開發(fā)后期及量產(chǎn)初期，科室經(jīng)理、部門總監(jiān)及公司領(lǐng)導(dǎo)均反饋前、后側(cè)門難關(guān)。該車型量產(chǎn)1年后，售后反饋前、后側(cè)門難關(guān)，約引起85%的顧客抱怨。

1.1 顧客感知質(zhì)量調(diào)研

顧客的主觀感受是感知質(zhì)量研究的最根本目的和最高評價指標(biāo)。顧客感知質(zhì)量調(diào)研的目的，就是獲得真實(shí)的顧客主觀感受信息，并找到顧客感受與關(guān)門能量之間的關(guān)系。顧客感知質(zhì)量的調(diào)研，是一個非常復(fù)雜、系統(tǒng)、長期的過程，考慮到可行性，本文作者進(jìn)行了一個小范圍的顧客感知質(zhì)量調(diào)研，形式為打分。

(1)調(diào)研對象：從同事中挑選12人，且體現(xiàn)性別、身高、體重的差異。

(2)調(diào)研車型：從市場上主流的SUV車型中挑選(優(yōu)化對象為SUV)，且有檔次、價位的差異。

(3)采用5分制：1分為非常不滿意、2分為不滿意、3分為一般、4分為滿意、5分為非常滿意。

(4)同一批人，對同一批車進(jìn)行兩輪打分。

調(diào)研的原始數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

表1 第一輪顧客評分 分

表2 第2輪顧客評分 分

通過對兩輪評分值的分析，發(fā)現(xiàn)顧客蒙××和劉××兩輪的評分值差異較大(大于15%)，說明兩位顧客評分值的重復(fù)性差，為“噪點(diǎn)”數(shù)據(jù)，予以剔除。

匯總所有車型的評分均值及對應(yīng)側(cè)門的關(guān)門能量，如表3所示。

根據(jù)各車型的評分和關(guān)門能量，擬合出關(guān)門能量與顧客滿意度的關(guān)系模型為

y=-0.029 6x2+0.059 7x+3.983 9

(2)

擬合度R2=0.959 1，如圖1所示。

表3 平均評分和關(guān)門能量

圖1 關(guān)門能量與顧客滿意度關(guān)系模型

通過顧客調(diào)研，可得出如下結(jié)論。

(1)該車型的顧客評分為1.6分，介于非常不滿意和不滿意之間，表明某車型的側(cè)門難關(guān)問題確實(shí)存在。

(2)根據(jù)擬合出的關(guān)門能量與顧客滿意度的關(guān)系模型，若要達(dá)到3分的顧客評分(顧客感知一般)，關(guān)門能量應(yīng)小于6.86 J；若要達(dá)到3.5分的顧客評分(顧客感知介于一般和滿意之間)，關(guān)門能量應(yīng)小于5.17 J。

1.2 該車型的關(guān)門力分析

隨機(jī)在線抽取30臺該車型車，每臺車4個側(cè)門，共120個樣本，測量其關(guān)門能量，如圖2所示。

由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：該車型的關(guān)門能量均值為8.28 J，有20%超過10 J。

綜上所述，根據(jù)顧客調(diào)研和大樣本數(shù)據(jù)采集，顧客對該車型的關(guān)門能量感知質(zhì)量評分很低，關(guān)門能量很大，問題確實(shí)存在。

圖2 該車型關(guān)門能量統(tǒng)計(jì)

2 優(yōu)化改進(jìn)目標(biāo)的確定

選擇廠內(nèi)主打的4款車型為對象(每種車型選5臺)，測量其關(guān)門能量，與該車型(重新選5臺)進(jìn)行均值對比，如圖3所示。

圖3 前、后側(cè)門關(guān)門能量對比

根據(jù)測量數(shù)據(jù)，廠內(nèi)4款車型的關(guān)門能量均值：前門4.12 J，后門5.57 J。

綜合上文所述的顧客感知質(zhì)量調(diào)研和廠內(nèi)車型關(guān)門能量分析，綜合考慮目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)難度，確定該車型的關(guān)門能量優(yōu)化目標(biāo)為：前門由7.3 J減小到5.17 J(減小2.13 J)，后門由7.04 J減小到5.57 J(減小1.47 J)，同時顧客感知質(zhì)量評分大于3分。

3 優(yōu)化方案的確定

3.1 優(yōu)化對象的確定

影響關(guān)門能量的因素主要有：整車氣阻耗能、主/次密封條耗能、車門抬升量耗能、鉸鏈系統(tǒng)耗能、門鎖系統(tǒng)耗能和限位器系統(tǒng)耗能[2]。

其中：

(1)整車氣阻耗能占關(guān)門能量的30%以上，主要影響因素為整車內(nèi)腔體積和整車氣體泄漏量，對于量產(chǎn)車型，這兩個值無法改變，故可排除在優(yōu)化范圍之外。

(2)主/次密封條耗能占關(guān)門能量的25%左右，主要影響因素為壓縮量(單位mm)和壓縮力[3](簡稱CLD，單位N/102mm)，可通過改變膠條的截面尺寸進(jìn)行優(yōu)化，周期費(fèi)用也在可接受范圍。同時，對比廠內(nèi)車型的密封條壓縮量和CLD數(shù)據(jù)如表4所示。該車型的前/后門的主/次密封的壓縮量在5個車型中，屬于較小值，不具備優(yōu)化空間；該車型的前/后門主密封CLD在5個車型中，屬于較大值，具有優(yōu)化空間；該車型的前/后門次密封CLD在5個車型中，屬于較小值，不具備優(yōu)化空間。因此，該車型的前/后門主密封的CLD可確定為潛在優(yōu)化目標(biāo)。

表4 廠內(nèi)車型密封條設(shè)計(jì)參數(shù)對比

(3)車門抬升量耗能占關(guān)門能量20%左右，一般都為負(fù)數(shù)(即車門抬升量為側(cè)門的關(guān)閉提供助力)，主要影響因素為鉸鏈軸線的內(nèi)傾、外傾角[單位：(°)，內(nèi)外傾角越大越好，但一般不超過3°]和側(cè)門質(zhì)心位置。對于已量產(chǎn)的該車型來說，側(cè)門質(zhì)心位置已不可變；而鉸鏈軸線的內(nèi)外傾角可通過改變鉸鏈尺寸進(jìn)行優(yōu)化，周期費(fèi)用可接受；同時，對比廠內(nèi)車型的鉸鏈傾角數(shù)據(jù)如表5所示。該車型的前門內(nèi)傾角在5個車型中屬于較高水平，不具備優(yōu)化空間，前門后傾角在5個車型中，屬于較小值，但考慮到后傾角對車門抬升量的影響很小，且容易造成與周邊零件干涉，認(rèn)為它不具備優(yōu)化空間；該車型后門的內(nèi)傾角在5個車型中，屬于較小值，具備優(yōu)化空間，后門后傾角不考慮。因此，該車型的后門抬升量可確定為潛在優(yōu)化目標(biāo)。

表5 廠內(nèi)車型鉸鏈傾角對比

(4)鉸鏈系統(tǒng)耗能占關(guān)門能量不到5%，可排除在優(yōu)化范圍以外。

(5)門鎖系統(tǒng)耗能占關(guān)門能量10%左右，主要影響因素為鎖內(nèi)部的彈簧力，因該車型的鎖為借用件，且與整車安全相關(guān)，所以將門鎖系統(tǒng)排除在優(yōu)化范圍以外。

(6)限位器系統(tǒng)耗能占關(guān)門能量不到5%，可排除在優(yōu)化范圍以外。

3.2 優(yōu)化方案的確定

對于前、后門主密封的CLD，主要影響因素為膠條泡子的壁厚和減力槽數(shù)量，該車型的前后主密封條的截面一樣，每根膠條的截面有兩種，如圖4所示。

圖4 前后門主密封膠條截面

基于強(qiáng)度和耐磨性要求，膠條的壁厚必須大于1 mm。目前該車型前后門主密封膠條的截面1壁厚為2.2 mm，截面2壁厚為1.8 mm，所以制定優(yōu)化方案如表6所示。

表6 優(yōu)化方案匯總

同時考慮膠條的密封防水防塵性，經(jīng)過普氏分析，為截面1選定方案4、截面2選定方案2。通過CAE仿真分析，優(yōu)化后前門密封系統(tǒng)耗能可減小1.75 J，后門密封系統(tǒng)耗能可減小1.3 J。

對于后門的內(nèi)傾角優(yōu)化，通過改變上、下鉸鏈的車身側(cè)懸臂長度來實(shí)現(xiàn)，同時需要考慮開關(guān)門的運(yùn)動間隙，且內(nèi)傾角要小于3°，根據(jù)這些條件，通過普氏分析[4]，確定后門鉸鏈傾角由1.0°改為2.2°(具體措施為上鉸鏈車身側(cè)的懸臂長度由49 mm減小到40.8 mm，下鉸鏈車身側(cè)的懸臂長度由45 mm增大到47.1 mm)。通過UG的虛擬仿真分析，此時車門抬升耗能可減小1.4 J。

將上述方案相結(jié)合，前門關(guān)門力預(yù)計(jì)可減小1.75 J，后門可減小2.7 J，前門略差于目標(biāo)，后門遠(yuǎn)優(yōu)于目標(biāo)，但考慮整車氣阻耗能的相應(yīng)減小(關(guān)門速度降低會導(dǎo)致整車氣阻耗能減小)，之前定的優(yōu)化目標(biāo)仍有可能實(shí)現(xiàn)。

4 優(yōu)化方案的驗(yàn)證

根據(jù)確定的優(yōu)化方案，制造樣件：5套前門主密封條、5套后門主密封條、5套后門上/下鉸鏈總成，裝配后產(chǎn)生5臺樣車，測量關(guān)門能量如表7所示，前門的關(guān)門能量均值為4.397 J，后門的關(guān)門能量均值為3.409 J。由此可知，優(yōu)化方案可使關(guān)門力大幅度減小。

表7 樣車關(guān)門能量 J

5 結(jié)論

優(yōu)化方案正式實(shí)施后，量產(chǎn)1個月，隨機(jī)抽測5臺車，前門關(guān)門能量均值為4.31 J，后門關(guān)門能量均值為3.33 J，再次進(jìn)行顧客感知質(zhì)量調(diào)研，平均評分為3.712 分，原定的優(yōu)化目標(biāo)已實(shí)現(xiàn)。