基于設(shè)計成本最優(yōu)化的系統(tǒng)測試研究

李航 于陽 張棟江 王歡歡 呂波濤 辛慶鋒

浙江吉利控股集團 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

隨著國家法規(guī)對微型車標準的放開準入，各主機廠對微型車的開發(fā)與投入正積極展開，同時有于微型車的消費人群主要面對三四線城市和城市年輕族群，產(chǎn)品主要以價廉物美的銷售路線進行。產(chǎn)品的售價決定系統(tǒng)或者子系統(tǒng)技術(shù)路線。本文針對真空系統(tǒng)在開發(fā)過程中存在的質(zhì)量與成本超出目標要求，對零部件的造型、子系統(tǒng)的匹配以及整合進行了各方面的研究，經(jīng)過零件整合、匹配以及仿真分析，最終研究出達到目標要求的子系統(tǒng)和零部件。同時也總結(jié)出了產(chǎn)品開發(fā)前期需要進行的系統(tǒng)匹配測試項目，為后續(xù)車型的開發(fā)提供了非常寶貴的經(jīng)驗。

2 系統(tǒng)技術(shù)路線定義與目標差距

圖1 真空系統(tǒng)組成示意圖

純電動車真空系統(tǒng)包括電動真空泵、真空助力器、真空管、真空罐以及相應(yīng)固定支架，整車屬性目標分解系統(tǒng)級，系統(tǒng)再分解至子系統(tǒng)和零件中。該項目的真空系統(tǒng)，根據(jù)制動系統(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，初步估計成本為580元。但項目分解下來的成本目標450元，技術(shù)成本與目標差距明顯，需要進一步做技術(shù)優(yōu)化，以滿足成本目標。

3 目標達成可行性思路

成本目標達成可通過三方面進行，可通過采購談判，從供應(yīng)鏈角度與供應(yīng)商達成成本目標，相應(yīng)部門挑選多家供應(yīng)商進入預選，成本最優(yōu)者獲得配套資格；第二種方法為質(zhì)量目標的談判，質(zhì)保期、售后PPM目標等均是成本目標實現(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)品的成本達成提供有效的支持。本文從產(chǎn)品集成、不同路線的性能對標等方面進行成本分解，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，用于檢測助力器內(nèi)的真空變化，實時控制真空泵的啟停。真空度傳感器的結(jié)構(gòu)根據(jù)客戶的需求不同，會有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)差異。該項目產(chǎn)品最初設(shè)計為集成式傳感器，即傳感器與單向閥集成一體，可節(jié)省空間。而因為集成式的結(jié)構(gòu)使產(chǎn)品在裝配時會多幾道封裝工序，工時、設(shè)備折算到成本中，使成本遠高于分體式結(jié)構(gòu)。經(jīng)供應(yīng)商技術(shù)詢價以及對標，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 電動真空泵的選型優(yōu)化

電動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)制動與緊急制動時的真空需求，真空需求是否滿足要求，可用制動踏板力是否在要求范圍內(nèi)進行判斷[1]，如果真空補充能力不足，反饋到制動踏板上的力就會增大，客戶的主觀感受就是踩不動。為匹配出性能最優(yōu)、成本、質(zhì)量均滿足目標要求。本文對不同供應(yīng)商、不同規(guī)格的電動真空泵進行了整車搭載測試，匹配出適合該車型的電動真空泵規(guī)格。

3.3 電動真空泵選型測試方法

電動真空泵的選型測試包括連續(xù)工作溫升、連續(xù)制動踏板力變化、和真空度恢復三項測試項目，溫升測試主要噪驗證產(chǎn)品在持續(xù)工作時的溫度變化，連續(xù)制動踏板力的變化和真空度恢復測試，用以驗證產(chǎn)品抽氣能力的優(yōu)劣。

3.3.1 電動真空泵溫升選型測試

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，說明供應(yīng)商的電機與連接部件的工藝、設(shè)計匹配能力強，以較低的能量消耗獲得較高的能量轉(zhuǎn)化。電動真空泵溫升的測試方法為:電動真空泵與真空助力器采用真空連接管路直連，以5s/次的頻率踩制動踏板，連續(xù)進行10分鐘。同時在真空泵的電機處裝配溫度傳感器，實時記錄電機的發(fā)熱情況。經(jīng)對比測試，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)商電動真空泵在連續(xù)10min工作工況溫度變化率較低，說明在持續(xù)工作溫升測試對比中有優(yōu)勢。

3.3.2 連續(xù)制動選型測試

連續(xù)制動測試的目的是保證車輛在堵車、長下坡或者倒車工況，駕駛員有連續(xù)制動需求時，電動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)制動選型測試方法:不同供應(yīng)商的電動真空泵裝配至整車，以1s/次的頻率連續(xù)踩下制動踏板，初始踏板力設(shè)定為50N,連續(xù)制動3次，測試過程中記錄真空度和踏板力的變化，以此評價電動真空泵的抽真空能力。

判斷電動真空泵是否滿足整車真空泵匹配能力的條件為連續(xù)制動時第三腳與第一腳的踏板力比值小于1.4.經(jīng)測試，不同廠家的電動真空泵實車踏板力表現(xiàn)均不相同，從統(tǒng)計圖可以統(tǒng)計出，三家供應(yīng)商的電動真空泵抽氣能力低于目標要求，只有兩家的電動真空泵滿足標準要求。上述真空系統(tǒng)包含的部件為電動真空泵、儲氣罐、真空管和真空助力器。

3.3.3 取消儲氣罐降本可行性測試

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

圖4 電動真空泵的溫升測試對比匯總圖

圖7 制動第三腳與第一腳踏板力比值統(tǒng)計圖（不配儲氣罐）

圖5 制動第三腳與第一腳踏板力比值統(tǒng)計圖

圖6 不同真空泵供應(yīng)商真空度恢復曲線匯總

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)過零件選型優(yōu)化、測試匹配以及產(chǎn)品零件的整合，使設(shè)計成本達到了最優(yōu)化。真空度傳感器的結(jié)構(gòu)選型優(yōu)化，降低采購成本約30元，電動真空泵的選型優(yōu)化，減少儲氣罐、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)計成本降低了42元，綜合降低72元，真空系統(tǒng)的原設(shè)計成本由前期的580元，降低至508元。技術(shù)方案確定后，經(jīng)由采購等部門與供應(yīng)鏈采購談判，最終將真空系統(tǒng)的成本目標達成。本次基于成本優(yōu)化進行的系統(tǒng)匹配測試和結(jié)構(gòu)選型，對后續(xù)項目的開發(fā)提供了非常寶貴的經(jīng)驗，為其他車型的開發(fā)提供了借鑒。

圖8 真空系統(tǒng)優(yōu)化后方案