搖窗機系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究

周瑛 沈瀟俊 胡俠 金漢

摘 要：本研究針對上汽乘用車分公司某車型的車門搖窗機系統(tǒng)性能展開研究，采用臺架實驗和DFSS（六西格瑪設(shè)計）相結(jié)合的方法，得到影響車門搖窗機系統(tǒng)性能相關(guān)的主要影響因素及貢獻度，并通過關(guān)系式優(yōu)化理論設(shè)計得到合理的結(jié)構(gòu)、尺寸設(shè)計。

關(guān)鍵詞：乘用車車門;車門搖窗機系統(tǒng)性能;臺架實驗;DFSS實驗設(shè)計

1 前言

作為車門系統(tǒng)的重要組成部分，搖窗機系統(tǒng)的好壞直接關(guān)乎到顧客對整車感知質(zhì)量的評價[1]。搖窗機系統(tǒng)的失效主要表現(xiàn)在玻璃不能正常入槽、運行阻力大、到頂時間長[2]、平順性差（上升及下降過程中玻璃X向波動大）及運行噪音大[3]等方面。通常各大主機廠都是采用CAE虛擬分析的方法來解決這些問題[4]，但實際上，受到零件的自身公差及生產(chǎn)制造精度的影響，這種方法下得到的分析結(jié)果很難直接應(yīng)用到整車的生產(chǎn)制造中。

本文以上汽乘用車某車型為例，在已有CAE分析的基礎(chǔ)上，開發(fā)設(shè)計了一套多尺寸可調(diào)節(jié)的車門臺架，通過生成不同狀態(tài)下車門鈑金件（搖窗機輔件）與車窗玻璃之間的匹配形式，分析車門上各個單件的尺寸、公差對車窗玻璃升降過程的影響，并最終得到綜合性能最優(yōu)時窗框結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)進而用于指導整車的實際生產(chǎn)。

2 實驗方法

2.1 臺架實驗設(shè)計

2.1.1 臺架結(jié)構(gòu)設(shè)計

整個臺架采用工業(yè)鋁型材連接而成，與實際車門的比例為1：1，按照數(shù)模理論位置還原，可調(diào)車門臺架通過臺架上的機構(gòu)需實現(xiàn)車門尺寸全因子可調(diào)，可實現(xiàn)但不僅限于車門上框、前后玻璃導軌、搖窗機導軌安裝點及內(nèi)外水切安裝面的尺寸無級調(diào)整，示意見圖1。

每個機構(gòu)的詳細功能描述如下：

a.面差測量：當玻璃將要入槽時，將百分表插入測量玻璃與窗框上導軌的面差;

b.鎖止機構(gòu)：調(diào)整到想要的功能尺寸后進行鎖止定位，防止臺架的可調(diào)機構(gòu)在試驗過程中發(fā)生尺寸變化;

c.滑軌+可調(diào)機構(gòu)：臺架共有10處滑軌+可調(diào)機構(gòu)，保證功能尺寸可自由調(diào)節(jié);

d.阻力儀：加在玻璃與搖窗機之間，連接電腦可監(jiān)控玻璃運行過程中的阻力變化值;

e.穩(wěn)壓電源：為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓，并監(jiān)控電流的變化;

f.百分表：用來測量面差;檢查可調(diào)機構(gòu)是否調(diào)整到位。

2.1.2 臺架實驗可靠性驗證

可靠性分析是實驗的前提條件也是影響結(jié)果的重要因素，以測量玻璃Y向入槽尺寸為例，進行五次玻璃升降實驗，三個測量人員，每個測量人員對每次實驗進行三次重復測量，用MINITAB中的量具R&R分析功能對測量數(shù)據(jù)進行分析，得研究變異SV：4.72%，NDC可區(qū)分的類別數(shù)：29，表明測量系統(tǒng)符合可靠性需求，滿足實驗的基本條件。

2.2 DFSS實驗設(shè)計法

2.2.1 研究對象及目標確認

對標本公司某幾個項目的玻璃運行X向偏轉(zhuǎn)量、玻璃上升時長及玻璃沖頂撞擊聲在行業(yè)內(nèi)的水平，發(fā)現(xiàn)有很大的可改善空間。定義好外部顧客和內(nèi)部顧客，區(qū)分主、次要顧客，并通過內(nèi)外客戶走訪獲得客戶心聲，制定合理的優(yōu)化設(shè)計對象及目標。

通過問卷調(diào)查、售后調(diào)研、Benchmark對標、標準查閱等方式獲取顧客需求，對顧客需求進行識別，區(qū)分基本功能和績效功能。

運用分層過程分析法，根據(jù)打分確認顧客的重要需求度排序依次為：玻璃入槽準確性、玻璃運行平穩(wěn)性、玻璃運行時間適中、玻璃升降阻力小、玻璃運行噪音小。

結(jié)合Benchmark對標將客戶重要度高的需求進行指標量化，將想要研究的玻璃入槽準確性、運行時間、運行平順性、運行阻力及運行噪音五大性能最終將轉(zhuǎn)換為可測量的玻璃入槽Y向偏差、運行過程X向偏轉(zhuǎn)量、運行時長、運行最大阻力、入槽出槽噪音響度，并設(shè)定了初始的理想目標：

a.玻璃入槽Y向偏差≤2mm（目前約2.6mm）;

b.玻璃運行X向波動量≤3mm（目前約4.5mm）;

c.玻璃運行時長≤4s（目前約4.8s）;

d.45N≤玻璃運行阻力≤75N（目前約83N）;

e.10SONE≤運行噪音≤16 SONE（目前約18.5 SONE）

2.2.2 潛在風險管控

對本課題潛在的風險制定有效的預(yù)防措施：

a、供應(yīng)商報價過高：尋找潛在的供應(yīng)商或開發(fā)國產(chǎn)標準件作為備選方案;

b、供應(yīng)商生產(chǎn)和測量能力不足：尋找替換供應(yīng)商或供應(yīng)商配備調(diào)試人員作備選方案;

c、阻力測試評估工具精度不足：研發(fā)專用的阻力測試儀來確保探測精度;

d、實驗次數(shù)過多周期長：選用合適的實驗方法縮減實驗次數(shù);

e、噪音測試和主觀評估能力不足：采用合理的評價手段，比如響度;實驗測試環(huán)境啟用背景噪聲小于5 sones的半消聲室作為測試場地，配備有專業(yè)的具有數(shù)據(jù)處理功能的響度測試設(shè)備，固定好測點的具體位置、檢測頻次、測試工況，保證整個測量系統(tǒng)的可靠性，示意見圖2。

f、用DFMEA工具識別高風險項， 針對其完成設(shè)計預(yù)防及優(yōu)化。

2.2.3 潛在影響因子篩選

a、用頭腦風暴和5 WHY分析法結(jié)合的方式分析引起各功能失效的根本原因。

b、對根本原因進行篩選，結(jié)合生產(chǎn)實際，挑選易變更的參數(shù)作為主要的研究對象。

c、用QFD工具獲得重要的零件設(shè)計指標。

2.2.4 DOE設(shè)計實驗法

a、確認研究對象Y1：Y向入槽尺寸;Y2：玻璃升降X向波動;Y3：玻璃運行時長;Y4：搖窗機運行阻力;Y5：玻璃入槽噪音，定義研究對象屬性、單位、目標及量測工具。

b、確認影響性能參數(shù)的重要子零部件特性參數(shù)，即影響因子X及水平范圍。

c、考慮到影響因素為線性影響，DOE應(yīng)用2K部分因子設(shè)計，設(shè)計實驗次數(shù)32次，并用MINITAB軟件分析32次實驗設(shè)計的分辨度為Ⅳ，足夠判別實驗結(jié)果。

2.2.5 實驗驗證

a、臺架驗證：根據(jù)優(yōu)化曲線挑選不同于正式實驗的因子進行驗證實驗，示意見圖3：

得到的結(jié)果示意見圖4：

利用MINITAB中的配對T檢驗功能分析得傳遞函數(shù)預(yù)測數(shù)值與實測數(shù)據(jù)的差異不明顯，P值大于0.05，表明實驗得到的傳遞函數(shù)真實有效。

b、實車驗證：挑選符合公差要求的10臺車做可靠性驗證，最終判定結(jié)果全部合格。

3 結(jié)論

6個因子+1個交互作用對Y1影響顯著，調(diào)整后R-sq 為93.34%，傳遞函數(shù)解釋能力充足。

得到Y(jié)1的傳遞函數(shù)：

Y1=-0.1437 -0.5383*X1前導軌開檔 +0.5146*X2 B柱導軌開檔 +0.8796*X3上導軌開檔 -0.4306*X4前導軌Y向平移 +0.3350*X6上導軌Y向平移 -0.1372*X7前導軌X向 + 0.5262*X1前導軌開檔*X2 B柱導軌開檔。

5個因子+6個交互作用對Y2影響顯著，調(diào)整后的R-sq為90.94%，傳遞函數(shù)解釋能力充足。

得到Y(jié)2的傳遞函數(shù)：

Y2=2.319+1.332X1前導軌開檔-1.569X2B柱導軌開檔 -0.069X3上導軌開檔+0.0001 X4前導軌Y向平移+0.120X5B柱導軌Y向平移 -0.250X6上導軌Y向平移-0.1657X7前導軌X向+0.2241X8后導軌X向 -0.837X9導軌安裝點X向+0.387X10導軌安裝點Y向 -1.582X1前導軌開檔*X2B柱導軌開檔 -0.2134X1前導軌開檔*X4前導軌Y向平移 -0.681X2B柱導軌開檔*X3上導軌開檔 +0.505X2B柱導軌開檔*X5B柱導軌Y向平移-0.375X2B柱導軌開檔*X6上導軌Y向平移-0.693X3上導軌開檔*X5B柱導軌Y向平移。

實驗得到的各影響因子對性能的影響程度在設(shè)計、生產(chǎn)過程中有很大的指導意義。

實驗得到的方程式對各因子的公差分配起到指導性作用。

4 優(yōu)化后X的結(jié)果

應(yīng)用POE（公差繁殖）的方法對Y1進行公差分析，得各因子的公差取值如下：

X1：±0.5;X2：±0.5;X3：±0.5;X4：±1.2;X6：±1.2;X7：±1.2

通過對各因子的公差分配，得到預(yù)測值：SIGMA=6.27，Cpk=2.09，具體分析示意見圖5：

應(yīng)用POE（公差繁殖）的方法對Y2進行公差分析，得各因子的公差取值如下：

X1：±0.5;X2：±0.5;X3：±0.5;X4：±1.2;X5：±1.2;X6：±1.2;X7：±1.2;X8：±1.2;X9：±0.5;X10：±0.5，具體分析示意見上圖6。

參考文獻：

[1]朱偉，吳晶晶，劉美麗. 某SUV 車型玻璃升降器失效分析及改進[J].測試與試驗，1671-7988（2018）16-44-04

[2]吳豐禮.某車型玻璃升降系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化. Internal Combustion Engine & Parts.2018.23.017.

[3]王愛國. 某車型玻璃升降異響的影響因素及解決辦法[J].測試與試驗，1671-7988（2019）01-73-04.

[4]楊殿旭，苗賀.CAE技術(shù)在升降器設(shè)計中的應(yīng)用[J].汽車與配件，2014（19）：62-63.