DFSS設(shè)計(jì)方法在自動(dòng)變速器標(biāo)定中的應(yīng)用

閆勛成 何寧 冀海燕 田華

（泛亞汽車(chē)技術(shù)中心有限公司）

1 前言

自動(dòng)變速器的標(biāo)定是整車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。由于自動(dòng)變速器控制邏輯的復(fù)雜性，其標(biāo)定量超過(guò)上萬(wàn)個(gè)，在標(biāo)定過(guò)程中如何平衡各個(gè)標(biāo)定量之間的關(guān)系，達(dá)到更好的標(biāo)定效果，是一項(xiàng)非常復(fù)雜、繁瑣的工作。標(biāo)定工程師使用各種標(biāo)定方法來(lái)優(yōu)化各個(gè)不同的控制邏輯，以實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)，滿足換擋質(zhì)量要求。同時(shí)，由于自動(dòng)變速器硬件具有不可避免的制造誤差，其性能也會(huì)具有一定的差異，這種硬件分布特性要求其控制參數(shù)能夠適應(yīng)一定的硬件特性差異，以滿足換擋質(zhì)量控制目標(biāo)的要求。

2 自動(dòng)變速器換擋質(zhì)量標(biāo)定的基本流程

自動(dòng)變速器換擋質(zhì)量標(biāo)定的基本流程為如下。

a.車(chē)輛和設(shè)備的安裝及測(cè)試

根據(jù)項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)及開(kāi)發(fā)時(shí)間獲得開(kāi)發(fā)車(chē)輛，在開(kāi)發(fā)車(chē)輛上安裝傳感器等標(biāo)定開(kāi)發(fā)設(shè)備并測(cè)試設(shè)備。

b.基本標(biāo)定文件的選擇及基本參數(shù)的標(biāo)定

根據(jù)開(kāi)發(fā)車(chē)型及變速器控制系統(tǒng)，選擇一相近的已經(jīng)量產(chǎn)車(chē)型的標(biāo)定文件作為基本的開(kāi)發(fā)標(biāo)定文件。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)開(kāi)發(fā)車(chē)型的具體配置，標(biāo)定基本的匹配參數(shù)。

c.換擋質(zhì)量控制模塊的基本測(cè)試與數(shù)據(jù)分析

在開(kāi)發(fā)車(chē)輛上，以基本開(kāi)發(fā)標(biāo)定文件為基礎(chǔ)，測(cè)試各個(gè)控制模塊的換擋質(zhì)量并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

d.換擋質(zhì)量控制模塊主要控制方式的選擇與基本測(cè)試

在前面測(cè)試分析的基礎(chǔ)上，確定各個(gè)控制模塊主要控制邏輯的控制方法并進(jìn)行基本測(cè)試。

e.換擋質(zhì)量控制模塊的詳細(xì)標(biāo)定

主要控制邏輯的控制方法確定后，進(jìn)入各個(gè)控制模塊的詳細(xì)標(biāo)定階段，也是標(biāo)定工作的最繁瑣階段。當(dāng)標(biāo)定過(guò)程中遇到難以解決的問(wèn)題時(shí)，需要對(duì)主要控制邏輯的控制方法進(jìn)行重新選擇，這是一個(gè)反復(fù)決策與嘗試的過(guò)程，直到找到最佳的標(biāo)定控制策略，得到滿意的換擋質(zhì)量標(biāo)定效果為止。

f.換擋質(zhì)量標(biāo)定的穩(wěn)健性測(cè)試

在換擋質(zhì)量標(biāo)定進(jìn)行到一定階段后，需要對(duì)標(biāo)定的穩(wěn)健性進(jìn)行測(cè)試，以滿足由于硬件誤差與控制誤差產(chǎn)生的差異對(duì)換擋質(zhì)量的影響，使換擋質(zhì)量保持一致性。

g.換擋質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)與客觀評(píng)價(jià)

在開(kāi)發(fā)的不同階段，需要對(duì)換擋質(zhì)量進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，同時(shí)需要應(yīng)用測(cè)試軟件AVL Drive等對(duì)換擋質(zhì)量進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，以滿足開(kāi)發(fā)質(zhì)量控制的要求。

h.提交換擋質(zhì)量標(biāo)定文件

在開(kāi)發(fā)的不同階段，在主觀和客觀評(píng)價(jià)都通過(guò)的情況下，提交換擋質(zhì)量的標(biāo)定文件。

3 DFSS設(shè)計(jì)方法流程

DFSS就是按照合理的流程，運(yùn)用科學(xué)的方法，準(zhǔn)確理解和把握用戶(hù)的需求，對(duì)新產(chǎn)品/新流程進(jìn)行穩(wěn)健設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品/流程在低成本下實(shí)現(xiàn)六西格瑪質(zhì)量水平，同時(shí)使產(chǎn)品/流程具有抵抗各種干擾的能力，在各種惡劣的環(huán)境下，產(chǎn)品仍能滿足用戶(hù)的需求[1，2]。其基本設(shè)計(jì)方法流程為問(wèn)題識(shí)別—定義要求—開(kāi)發(fā)概念—優(yōu)化設(shè)計(jì)—確認(rèn)和實(shí)施。

a.問(wèn)題識(shí)別

在此階段需要組建團(tuán)隊(duì)，確認(rèn)立項(xiàng)目的、目標(biāo)、項(xiàng)目范圍、項(xiàng)目投入與項(xiàng)目計(jì)劃。

b.定義要求

在此階段需要定義用戶(hù)及收集用戶(hù)需求，并把用戶(hù)需求轉(zhuǎn)換成可測(cè)量、可評(píng)估的工程指標(biāo)。

c.開(kāi)發(fā)概念

在此階段需要開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方案，根據(jù)工程指標(biāo)設(shè)定方案選擇標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行方案對(duì)比，最終選定方案。

d.優(yōu)化設(shè)計(jì)

在此階段需要確定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的主要參數(shù)，通過(guò)正交試驗(yàn)，分析信噪比及均值，根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)特性，確定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

e.確認(rèn)和實(shí)施

在此階段需要對(duì)優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)此優(yōu)化設(shè)計(jì)方案達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

DFSS設(shè)計(jì)方法在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用為標(biāo)定自動(dòng)變速器提供了一種新的思路與標(biāo)定方法，可以針對(duì)標(biāo)定過(guò)程第4與第5階段中主要控制方式的選擇與具體參數(shù)的詳細(xì)標(biāo)定利用DFSS設(shè)計(jì)方法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高變速器標(biāo)定的穩(wěn)健性。

4 DFSS設(shè)計(jì)方法應(yīng)用案例

以某匹配6速自動(dòng)變速器的車(chē)輛在松油門(mén)踏板2擋升4擋換擋質(zhì)量問(wèn)題作為研究對(duì)象，對(duì)DFSS設(shè)計(jì)方法在自動(dòng)變速器標(biāo)定過(guò)程中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

4.1 問(wèn)題識(shí)別

開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該車(chē)輛在低速、大扭矩下，松油門(mén)踏板2擋升4擋時(shí)，換擋沖擊比較明顯。因此，研究的目的是解決在松油門(mén)踏板2擋升4擋過(guò)程中出現(xiàn)的換擋沖擊，以提高換擋質(zhì)量的穩(wěn)健性，提高用戶(hù)的滿意度。

4.2 定義要求

收集整理的用戶(hù)要求如表1所列。使用質(zhì)量功能展開(kāi)工具，利用質(zhì)量屋將用戶(hù)要求轉(zhuǎn)換成可測(cè)量、可評(píng)估的工程指標(biāo)，并且識(shí)別工程指標(biāo)與用戶(hù)要求之間的關(guān)系，計(jì)算工程指標(biāo)的權(quán)重，找出關(guān)鍵指標(biāo)，確定設(shè)計(jì)改進(jìn)對(duì)象。

表1 用戶(hù)類(lèi)型及要求

圖1為質(zhì)量屋分析圖，其中Shock為車(chē)身加速度相鄰振動(dòng)的波峰與波谷的最大振幅，Jerks為車(chē)身加速度連續(xù)振動(dòng)的各振幅幅值；望大特性指目標(biāo)值越大越好，望目特性指目標(biāo)值趨向于某一固定值，望小特性指目標(biāo)值越小越好。可知，Shock和Jerks的權(quán)重值均為51，所占工程指標(biāo)權(quán)重的百分比均為38%，因此可以把Shock和Jerks作為關(guān)鍵性指標(biāo)來(lái)優(yōu)化換擋的平順性。

4.3 開(kāi)發(fā)概念

根據(jù)自動(dòng)變速器當(dāng)前的控制方式，松油門(mén)踏板2擋升4擋的控制邏輯主要有4種控制方式可以選擇[3～8]。第1種方案控制方式如圖2所示。在換擋過(guò)程中，分離離合器的控制油壓逐漸減小，在接合離合器充滿油后，分離離合器立刻放掉油壓，接合離合器通過(guò)控制油壓來(lái)完成換擋。換擋過(guò)程主要由接合離合器油壓控制來(lái)完成。此控制模式是當(dāng)前標(biāo)定所采用的控制方式。

第2種方案控制方式如圖3所示，其與第1種方案控制方式的主要區(qū)別是在換擋過(guò)程中加入了發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩控制。

第3種方案控制方式如圖4所示。在換擋過(guò)程中，分離離合器的油壓來(lái)控制換擋的完成，接合離合器在充完油后保持一定的油壓，直到換擋快結(jié)束時(shí)，快速接合，同時(shí)分離離合器快速放掉油壓，完成換擋。

第4種方案控制方式如圖5所示，其與第3種方案控制方式的主要區(qū)別在于在換擋過(guò)程中加入了發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩控制。

采用普氏概念選擇方法來(lái)確定開(kāi)發(fā)方案的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，表2為普氏概念選擇過(guò)程，其中+、-、s分別表示好于、差于、與基準(zhǔn)方案一樣。方案1為基準(zhǔn)方案，與其它方案對(duì)比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)初步試驗(yàn)標(biāo)定后，方案2對(duì)shock和Jerks的控制明顯好于基準(zhǔn)方案；方案3和基準(zhǔn)方案基本一致，沒(méi)有改善；方案4有所改善。在標(biāo)定邏輯的復(fù)雜性方面，3種備選方案都比基準(zhǔn)方案復(fù)雜，方案3和方案4采用完全不同的壓力控制方式，控制邏輯比基準(zhǔn)方案要復(fù)雜很多，而且方案4在方案3的基礎(chǔ)上又增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩控制，所以在標(biāo)定工作量上又增加了很多。綜上所述，綜合性能和成本考慮，選擇方案2作為優(yōu)化方案。

表2 普氏概念選擇

4.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)

首先選擇控制參數(shù)。根據(jù)控制邏輯的關(guān)鍵控制量及其在換擋過(guò)程中起作用的重要性，選擇接合離合器基本控制壓力、分離離合器控制壓力偏移量、扭矩控制進(jìn)入的降低速率為控制因子；噪聲因子為車(chē)輛硬件之間的差異；響應(yīng)為換擋質(zhì)量；癥狀為換擋沖擊。

控制因子及噪聲因子的水平如表3所列。根據(jù)控制因子、噪聲因子及其水平制定試驗(yàn)計(jì)劃。3個(gè)控制因子各有3個(gè)水平，一個(gè)噪聲因子2個(gè)水平，適用于L9正交列表正交試驗(yàn)。根據(jù)控制因子不同水平生成不同的試驗(yàn)標(biāo)定文件，在兩種狀態(tài)試驗(yàn)車(chē)輛上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過(guò)AVL Drive軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、評(píng)估打分，得到不同控制因子水平、不同噪聲水平下的換擋質(zhì)量AVL Drive評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，并計(jì)算出信噪比S/N及均值β，如表4所列。

該系統(tǒng)響應(yīng)為望大特性，S/N越大，換擋質(zhì)量越好。圖6為S/N響應(yīng)分析圖。從圖6可確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案為A1B1C2。因此，最終選擇的控制因子水平為接合離合器基本控制壓力為190 kPa，分離離合器控制壓力偏移量為0 kPa，扭矩控制進(jìn)入的降低速率為-400 N·m/s。

表3 控制因子和噪聲因子水平

表4 正交列表試驗(yàn)及計(jì)算結(jié)果

4.5 確認(rèn)和實(shí)施

根據(jù)確定的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案A1B1C2生成標(biāo)定文件，并與原設(shè)計(jì)的標(biāo)定文件進(jìn)行對(duì)比，分別在兩種不同狀態(tài)的車(chē)輛上進(jìn)行實(shí)車(chē)試驗(yàn)并采集數(shù)據(jù)，然后通過(guò)AVL Drive進(jìn)行打分評(píng)估。評(píng)估結(jié)果如表5所列，可知優(yōu)化設(shè)計(jì)與原基準(zhǔn)設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)的S/N有1.92的增益，β有1.49的增益。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證的實(shí)車(chē)數(shù)據(jù)顯示，優(yōu)化后的S/N增益達(dá)到了2.28，β增益達(dá)到了1.77。

表5 優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果分析

圖7為優(yōu)化設(shè)計(jì)前的2擋升4擋的換擋數(shù)據(jù)，可知加速度的波動(dòng)非常明顯，換擋質(zhì)量差。圖8為優(yōu)化設(shè)計(jì)標(biāo)定后的2擋升4擋的換擋數(shù)據(jù)，從圖8中可以看出，加速度的波動(dòng)得到明顯的改善，換擋質(zhì)量有很大提高。

5 結(jié)束語(yǔ)

在自動(dòng)變速器標(biāo)定開(kāi)發(fā)過(guò)程中，由于控制邏輯的復(fù)雜性及標(biāo)定參數(shù)眾多，應(yīng)用傳統(tǒng)標(biāo)定方法尋求最優(yōu)控制策略和參數(shù)的難度很大。結(jié)合某車(chē)型松油門(mén)踏板2擋升4擋換擋質(zhì)量?jī)?yōu)化標(biāo)定，介紹了DFSS設(shè)計(jì)方法在自動(dòng)變速器標(biāo)定中的優(yōu)化標(biāo)定流程，解決了自動(dòng)變速器標(biāo)定中傳統(tǒng)標(biāo)定方法難以提高換擋質(zhì)量的穩(wěn)健性問(wèn)題。實(shí)例結(jié)果經(jīng)確認(rèn)并實(shí)施后，換擋質(zhì)量的穩(wěn)健性得到了很大提高，滿足了用戶(hù)對(duì)車(chē)輛換擋質(zhì)量的要求。

1 葛安林.車(chē)輛自動(dòng)變速理論與設(shè)計(jì).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993.

2 蘇比爾.喬杜里(Subir Chowdhury).六西格瑪設(shè)計(jì).方海萍,魏青江譯.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

3 蘇比爾.喬杜里(Subir Chowdhury).六西格瑪設(shè)計(jì)的力量.張彥玲，胡楠譯.北京:電子工業(yè)出版社，2003.

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