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一、扭力梁后橋的六西格瑪設計

下面將按照六西格瑪設計IDDOV的流程，分別描述每個階段的具體工作。

1.發(fā)現(xiàn)機會

由于上一代后輪軸的性能和耐久性問題，如后懸架在沖擊路面上的舒適性差、轉向量低、車輪支架與拖臂之間的疲勞和耐久性問題、后輪軸自重大等。上述問題需要在設計新一代車輛的后輪軸時進行改進，

2.定義需求

定義需求是DFSS實施的一個重要過程。這一階段的任務是識別客戶需求(VOCs)，通過適當?shù)姆椒▽⒋罅磕：踔撩艿腣OCs轉化為工程指標、工藝要求、生產(chǎn)要求等等。

作為后輪軸的關鍵部分，其客戶可以是外部客戶，即一級車的實際購買者，也可以是內部客戶，如底盤調校工程師、總裝車間工人、質量工程師甚至采購人員。他們從各自的立場上對扭力梁后橋提出了要求，比如操控性和舒適性平衡、零部件重量輕、生產(chǎn)線裝配容易、產(chǎn)品質量穩(wěn)定、采購成本低等。

功能部署、質量屋等工具是非常好的手段，可以準確識別客戶需求，將客戶需求轉化為工程技術指標。另外，很多專業(yè)的手段也是必不可少的。例如，為了準確制定后輪軸的動力性能，組織了包括競爭對手車輛在內的同級別優(yōu)秀車輛的對比測試，包括主觀駕駛評價和客觀懸掛測試。如圖2所示，這是一個蛛網(wǎng)圖，通常用于綜合評估多個性能指標。不同的線條表示不同車型在各項指標上的表現(xiàn)。覆蓋面積越大，綜合性能越好。

某車型的扭力梁后橋應用六西格瑪設計方法進行全新設計

整車主觀評價是把客戶的聲音變成續(xù)駛里程指標的第一步。接下來，需要對整車的主觀評價結果進行參數(shù)化描述，即用客觀參數(shù)(如側傾梯度、整車轉向不足等)來描述主觀感受。).這個過程類似于客戶的喊話到工程指標的轉換，但比質量屋更復雜。往往需要借助底盤Sim、ADAMS等分析軟件，分析車輛性能與具體動力學參數(shù)的關系，設定具體的動力學目標。最后，根據(jù)后懸架系統(tǒng)的技術要求，進一步分解后輪軸零件的技術要求。例如，后輪軸的扭轉剛度是在后懸架的扭轉剛度的基礎上去除彈簧和其他因素的影響后獲得的。

類似于后輪軸車輛動力學技術要求的獲取過程，結合經(jīng)驗、對比試驗結果和仿真，得出NVH、耐久性、重量等指標。可以單獨配制，其中一些如表1所示。

某車型的扭力梁后橋應用六西格瑪設計方法進行全新設計

3.發(fā)展理念

后輪軸在結構上是由各種特性組成的，所以我們首先要分析組件的特性。這些特征包括:受扭梁是開梁還是閉梁；開口方向和橫截面形狀；以及車輪制動角是否通過車輪支架安裝在后輪軸擺臂上；套管安裝角度、套管是位于內部還是外部等。不同的功能各有利弊。概念開發(fā)階段的任務是根據(jù)經(jīng)驗、競爭對手分析、技術原理分析等手段，結合項目的實際需求和約束條件(如成本)，確定項目的總體設計方向。在這種情況下，最終確定了U型截面梁、下開口、無制動角支架的設計。

根據(jù)最初的設計理念，綜合整車總布置、車輛動力學等信息。，在初步確定后輪軸的硬點(即描述后輪軸運動關系和關鍵幾何特征的坐標點)后，就可以建立如圖3所示的后輪軸的初始概念數(shù)學模型。至此，后橋的概念設計已經(jīng)完成，后續(xù)的優(yōu)化設計將以此數(shù)學模型為基礎。

技術原理分析等手段，結合本項目的實際需求和約束條件(如成本)，確定符合本項目的總體設計方向。在這種情況下，最終確定了U型截面梁、下開口、無制動角支架的設計。

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4.優(yōu)化設計

開發(fā)概念階段只是定義了大致的設計方向，具體的設計參數(shù)(也稱“控制因素”)還需要進一步優(yōu)化。對于簡單的問題，可以通過線性規(guī)劃等方法實現(xiàn)優(yōu)化，但對于后輪軸這樣的復雜零件，必須采用更多的技術手段。此外，還有一些影響結果但超出產(chǎn)品設計本身控制的因素(也稱“噪聲因素”)，如材料厚度公差、焊接質量等。，也應在優(yōu)化階段加以考慮，以實現(xiàn)穩(wěn)健設計。具體來說，在本例中，初步設計階段更關注標稱值，而不是過程質量控制，因此沒有對“噪聲系數(shù)”進行特殊處理。優(yōu)化設計過程如圖4所示。通過試驗設計方法，建立響應面模型，然后對響應面模型進行優(yōu)化設計。在這個例子中，定義了17個控制因子。如圖5所示，每個因素取5個水平，用Llo5加20個正交實驗矩陣構造一個新的正交實驗矩陣Llo5”，排除3列5個水平和1列20個水平，共有100個實驗設計樣本點。本例中，后輪軸采用SFEConcept建立全參數(shù)化的幾何模型，根據(jù)控制因子的具體取值，生成所有有限元仿真計算樣本點的模型，計算后輪軸的模態(tài)、扭轉剛度和側向剛度。對17個控制因子、上述3個性能值和后輪軸的幾何剪切中心建立克里金響應面模型。優(yōu)化約束為滿足表1設計要求的模態(tài)、扭轉剛度、側向剛度和幾何剪切中心；優(yōu)化目標是最小化重量。在Isight軟件中用遺傳算法搜索最優(yōu)設計方案。最終優(yōu)化設計方案如表2所示，滿足設計要求，重量減輕2 kg。

某車型的扭力梁后橋應用六西格瑪設計方法進行全新設計

5.確認

優(yōu)化結果需要通過更詳細的計算機模擬分析、樣品加載試驗和主觀評價來驗證，以確認優(yōu)化方案是否滿足設計要求。

(1)有限元模擬驗算。

基于SFE概念全參數(shù)模型的仿真計算和基于響應面模型的優(yōu)化都會帶來一定的誤差，因此有必要建立更為精確和精細的有限元模型對優(yōu)化方案進行校核分析。另外，優(yōu)化設計中只考慮剛度和模態(tài)，在驗證階段需要進行應力和疲勞耐久性的校核。如果出現(xiàn)問題，需要進行局部修改來解決具體問題。最后，根據(jù)疲勞壽命結果和實際制造工藝修改后的模型如圖6所示。表3顯示了模態(tài)剛度檢查結果，表4顯示了疲勞分析結果。疲勞分析條件14和15不符合設計要求，但它們非常接近目標值。考慮到有限元疲勞壽命分析的誤差，將在實物樣車中進行試驗驗證。

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