DFSS在新能源汽车电子产品开发中的应用

第2期2012年2月机械设计与制造MACHINERYDESIGNMANUFACTURE253文章编号10013997201202025303DFSS在新能源汽车电子产品开发中的应用朱正礼杜建福兰志波上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心，上海200438THEAPPLICATIONOFDFSSMETHODOLOGYINTHEELECTRONICPRODUCTDESIGNOFNEWENERGYVEHICLESZHUZHENGLI，DUJIANFU，LNZHIBOCOMMERCIALVEHICLETECHNICALCENTEROFSAIC，SHANGHAI200438，CHINA十1、|11Q4十JQQH十十、DP十D、十4、十十PH、L【摘要】从新能源汽车电子产品的需求、DFSS设计的特点和设计流程出发，对如何把DFSS设计应用于汽车电子产品设计进行了探讨；并通过一个整车控制器设计实例详细地说明了DFSS在新能源汽车电子产品开发中的应用，设计结果表明，利用DFSS进行汽车电子产品设计不但能够保证产品的质量并满足客户的需求，同时还能够大大降低产品的成本。应用实践表明，DFSS设计方法已成为新能源汽车电子产品竞争的重要推动力。关键词DFSS；新能源汽车电子产品【ABSTRACT】THEAPPLICATIONOFDESIGNFORSIXSIGMADFSSTECHNIQUETOTHEELECTRONICPRODUCTDESIGNIN，ENERGYVEHICLESISINVESTIGATEDTHEAPPLICATIONOFDFSSMETHODOLOGYINTHEELECTRONICPRODUCTDESIGNOFNEWENERGYVEHICLESISDISPLAYEDTHROUGHADETAILEDVCUVEHICLECONTROLLERUNITDESIGNEXAMPLE，ANDITISSHOWNACCORDINGTOTHES劬RESUHTHAT6SIGMADESIGNMAKESTHEDESIGNEDPRODUCTMEETINGTHEREQUIREMENTSOFCUSTOMERSANDREDUCINGTHEPRODUCTCOSTHEAVILYHISCONCLUDEDTHATDFSSMETHODOLOGYHASBEENTHEIMPORTANTIMPETUSINTHECOMPETITIONOFELECTRONICPRODUCTFORNEWENERGYVEHICLESKEYWORDSDFSS；ELECTRONICPRODUCTOFNEWENERGYVEHICLES中图分类号TH16，U4697文献标识码A1前言在能源和环保的双重压力下，新能源汽车已成为未来汽车的发展方向。新能源汽车中电子产品占的比重很大，新能源汽车市场的竞争很大程度上取决于新能源汽车电子产品的竞争，高质量、低成本汽车电子产品成为市场竞争的主要手段。因此，应用有效的手段来提高产品质量、降低产品成本已成为全球汽车企业的共识。6SIGMA设计DFSS，DESIGNFORSIXSIGMA作为一种高效的设计理念和方法，早已被全球各大汽车OEM和零部件供应商广泛应用，并在产品成本、质量、开发和市场占有率等方面取得了丰厚的收益T61。因此，随着国内新能源汽车工业的快速发展，在新能源汽车电子产品设计领域全面推广DFSS势在必行。2DFSS的特点及设计流程六西格玛设计DFSS并不是产品质量越苛刻越好，DFSS追求的是，在最大限度满足客户需求的前提下，提高产品的稳定性，降低设计成本，避免设计过度和顾客抱怨太多。所以简单的说，DFSS就是真正理解客户的需求，从客户需求出发，设定合理的目标，提高产品的稳定性，降低设计成”。21DFSS的特点1DFSS的中心为顾客需求，通过广泛收集市场信息来确定顾客的需求，并对产品的关键质量特性进行分析确认，然后以来稿日期20110412顾客需求来指导从系统向子系统的各个层次的设计，使得最终产品可以满足并超越顾客的期望曲。2DFSS十分关注过程特性，通过把关键质量特性转化为关键过程特性来满足顾客要求闭。过程能力指数C是描述工艺过程固有能力的指标，可以确定过程输出是否满足工程的要求和顾客的需要。在DFSS设计中，短期6SIGMA水平要求C0K2。3DFSS通过在设计之初制定质量和成本目标，并在设计过程中不断优化，来保证了设计阶段的产品质量和成本。4DFSS通过应用的数学模型和分析工具，在设计的初始阶段就考虑了可靠性和平均寿命等关键质量特性，通过试验设计来提高产品的可靠性。22DFSS设计流程迄今为止，研究者提出了多种DFSS流程，在业界较为广泛应用的是由美国的质量管理专家SUBIRCHOWDHURY先生提出的IDDOV流程，即识别IDENTIFY、定义DEFINE、开发DEVELOP、优化OPTIMIZE、验证VERIFV。1识别IDENTIFY在新能源汽车电子产品电路设计中，就是确定产品的功能，并论证其可行性。2定义DEFINE在新能源汽车电子产品设计中，主要是指细化与确认产品的功能需求、所设计的电路接EL，需要考虑所有可能发生的瞬态和动态情况。3开发DEVELOP在新能源电子产品电路设计中，也就是254朱正礼等DFSS在新能源汽车电子产品开发中的应用第2期根据需求来设计具体的电路并完成详细的元器件选型。4优化OPTIMIZE就是对产品和过程设计参数进行优化，其目标是在质量、成本和交付时间允许的基础上达到企业利益的最大化。通过失效模式和效应分析工具来确保产品的稳健性，在设计阶段就尽量减少产品和过程失效的可能。5验LEVERIFY就是确认产品设计是否满足顾客需求、期望的质量水平。通过试生产、试验等手段来验证设计的能力、稳健性和可靠性。3新能源汽车电子产品开发中DFSS设计实例以车型平台整车控制器电源设计电路为例来说明DFSS设计在新能源汽车电子产品设计中的应用。31识别IDENTIFY整车控制器在全温度范围内_4085OC的正常工作电压范围为816V，但是整车要求在全温度范围内CAN总线能够正常通讯的电压范围为616V，因此设计的电路须满足CAN收发器、微控制器等硬件的电压要求。即当蓄电池电压在616V的范围内时，微控制器和CAN收发器能够正常工作。32定义DEFINE电源部分的原理图，如图1所示。图中蓄电池电压通过一个防反接二极管给稳压器供电，稳压器为微控制器和CAN收发器提供电源输入；同时，稳压器输出的复位信号作为微控制器的复位输入信号。电源电路的功能MAP图，如图2所示。图1电源电路原理图控制因子稳压器复位门槛值干扰环境温度干扰元器件差别图2电源电路的功能MAP图电压在整个电源电路中，一共有三个主要的中间变量1二极管的输出电压；2稳压器的输出电压；3稳压器的复位信号；这三个中间变量分别受控于相应的控制因子及干扰因子，如图3所示。控制因子C。二极管前向压降C稳压器压降C稳定器复位信号门槛值干扰Y2稳压器复位信号高N环境温度N元器件差别图3功能函数根据上面的分析，可以得出功能函数，如图5所示。如果满足CAN通讯在616V的范围内工作的需求，稳压器的输出电压和稳压器的复位信号为两个因变量Y，并需要满足条件，如表1所示。相应的自变量X需满足条件，如表2所示。表1满足CAN通讯电压范围要求的因变量Y表2满足CAN通讯电压范围要求的自变量X33开发DEVELOPMENT由于在此产品的设计中，微控制器和CAN收发器不能进行更换成本比较高，并且在具有同样驱动能力的稳压器中，现在使用的稳压器的压降是最低的；为了满足整车的需求，需要选用具有更低前向压降的二极管，在此，利用了极限分析法，即所选的元器件的参数在任何极限睛况下都能够满足整车的需求，因此，BAT240A被列为选择对象。供应商提供的元器件参数为V068V，VO5V，一48V因此，经分析可以得出V6一V删_FWGDROPOUT606805482V1由于V475V，并且VV一O，因此，所选的二极管能够满足CAN通讯能够在616V的电压范围内正常工作的要求。34优化0PTIMIZE上面的极限设计能够满足整车的需求，但成本比较高。为了在能够满足电路性能需求的条件下降低成本，选择DFSS设计方法进行优化设计。1SR154400被选择用来进行DFSS设计1SR154400的成本要低于BAT240A，但是极限的性能指标要NO2FEB2012机械设计与制造255比BAT240A要低。元器件手册中给出的均值和标准差，如表3所示。表3均值及标准差_40时，稳压器输出的均值和标准差分别为L0U6一V捌。487421VR一8、80D。_FW8O00726因此，稳压器输出电压V。的CPK为CPKJ4872414753000726L564OCC时，稳压器复位电压的标准差分别为8V_、88W8001757因此，稳压器复位电压V的C为CPK_V一L48724146283001757I46同理，可以得到25C185C时的C。K，如表4所示。表4V嘲T和VI罄日I的CPI23456根据上面的分析可知C2，因此选择的1SR154400可以满足整车的需求。4OOC、25和85OCNV的验证结果，如表5所示。表5V删的验证结果35验证VERIFY基于上面的分析进行样品验证，测试结果如表5表6所示，分别得出稳压器输出和复位信号的C，如图4、图5所示。结果显示，稳压器输出和复位信号的C都大于2，分别为243和415，能够满足整车的需求。图4稳压器输出的CPKJ图5复位信号的C表6复位信号的验证结果和稳压器BAT240A相比，每颗1SR154400的成本要低O109美元，考虑到整个平台项目的产量为每年1万套，每套产品使用一颗整流二极管，则每年就可以节省成本1090美元。如果其他的平台项目和其他的控制器模块也使用这个型号的整流二极管，则每年节省的成本就非常可观。4结论综上所述，DFSS设计方法十分符合新能源汽车电子产品开发的特点和需要，利用DFSS设计不但能够保证产品的质量并满足客户的需求，同时还能够大大降低产品的成本。DFSS设计方法在新能源汽车电子产品设计领域全面推广势在必行。参考文献1俞斌六西格玛设计方法在发动机悬置系统开发中的应用研究C硕士学位