付年, 劉任權

(1.上汽通用五菱汽車股份有限公司， 廣西 柳州 545007；2.柳州鎧玥科技有限公司， 廣西 柳州 545007)

現(xiàn)代汽車的風噪是車輛在高速行駛時車內(nèi)噪聲的主要表現(xiàn)，是客戶購車時體驗的一項主要感知性能。針對整車風噪，開發(fā)過程中不僅需要在前期對造型進行約束，還需要對風噪相關零部件進行結構設計。風噪性能開發(fā)中，如果將設計失效模式及后果分析(Design Failure Mode and Effects Analysis，DFMEA)作為質(zhì)量預防管控工具，可在早期發(fā)現(xiàn)并預防潛在問題的發(fā)生，通過分析風噪性能相關產(chǎn)品設計要素的失效模式、后果及原因，找到降低風噪的改進措施，從而降低質(zhì)量風險，避免付出更多成本。該文以某款外觀全新設計、底盤為平臺化的車型為研究對象，通過DFMEA工具的應用，對風噪性能開發(fā)過程進行閉環(huán)控制，實現(xiàn)整車風噪性能目標。

1 DFMEA工具在整車風噪開發(fā)中的結構

風噪性能開發(fā)中的任何疏漏都可能在不同程度上影響顧客的使用舒適性，風噪性能開發(fā)同樣強調(diào)在前期預防質(zhì)量風險。

1.1 DFMEA簡介

DFMEA是一個設計概念形成之前應用的一種風險分析方法。作為風險評估工具，DFMEA是一種識別潛在影響嚴重性的方法，并為采取減輕風險的措施提供輸入，在盡可能避免失效發(fā)生的情況下實現(xiàn)其設計功能。

DFMEA的框架結構主要分為5個部分，分別為組織機構建立和團隊會議記錄、調(diào)研以往的失效模式、系統(tǒng)框圖、功能關系矩陣圖和DFMEA表格，其中DFMEA表格為核心內(nèi)容(見圖1)。

圖1 DFMEA工具過程簡圖

1.2 DFMEA在整車風噪性能開發(fā)中的應用框架

整車風噪開發(fā)和整車項目開展同步。從項目啟動直到產(chǎn)品批量上市，一般需經(jīng)歷項目立項、項目啟動、設計凍結、試生產(chǎn)、批量上市等重大節(jié)點。其中：項目啟動之前到造型凍結是風噪外形約束條件與造型溝通的時期，也是控制與車身外觀相關的風激噪聲的階段；之后外造型凍結，進入審核數(shù)據(jù)階段，這也是控制密封與隔音性能的階段；后續(xù)則對風噪性能進行驗證與改進。

DFMEA工具與項目開發(fā)過程的結合可歸納為規(guī)劃、實施、維護3個階段，在項目中的開展時機見圖2。

圖2 DFMEA在風噪開發(fā)中的應用簡圖

(1) 規(guī)劃階段。首先是創(chuàng)建團隊，完成對以往項目中失效模式的收集、原因分析和記錄，并將與造型和零部件相關的要求輸入給責任人。同時定義DFMEA分析范圍和邊界條件，完成風噪系統(tǒng)框圖創(chuàng)建和功能關系矩陣。

(2) 實施階段。該階段主要是對T2數(shù)據(jù)進行CAE分析和數(shù)據(jù)審核，體現(xiàn)在DFMEA表中的現(xiàn)有設計控制內(nèi)容及探測度、失效模式分析。這部分是DFMEA的主要內(nèi)容。

(3) 維護階段。 該階段保持對DFMEA的持續(xù)關注及更新，并將后續(xù)解決的實車風噪問題更新到DFMEA進行歸檔。

2 基于DFMEA的風噪閉環(huán)控制方法

目前，DFMEA已在汽車行業(yè)得到較廣泛的應用，但在整車性能開發(fā)中應用較少，主要原因是未將DFMEA和研發(fā)階段的開發(fā)流程緊密結合，沒有發(fā)揮DFMEA預防控制的作用。由于整車風噪控制牽涉到造型和較多零部件，而對風噪的要求只是其中一部分，將相關零部件按照系統(tǒng)框圖劃分的重要度順序依次進行分析、預防。

2.1 第一個閉環(huán)：前期規(guī)劃及要求輸入階段

DFMEA的第一個閉環(huán)活動發(fā)生在項目立項后不久，也就是T1階段A面數(shù)據(jù)的發(fā)布。因為與整車風噪相關的造型在前期都會有不同程度的體現(xiàn)。

這一階段的目的是保證主要失效模式能及時被識別出來，并能有效地將對造型的約束傳遞給造型設計人員，預防后續(xù)造型出現(xiàn)對風噪不利的重大失效模式。這個不是DFMEA表格的直接內(nèi)容，卻體現(xiàn)在DFMEA工具第五部分的表格中的要求/規(guī)范欄里。在編寫DFMEA之前，這部分工作就是項目開發(fā)中風噪要求的輸入。在這份要求輸入的文件里，除對造型的要求外，還有對工程區(qū)域的要求，如對聲學包材料使用、密封配置及尺寸的要求。這是風噪性能開發(fā)中除性能目標文件外最重要的部分。

項目啟動后，通知與風噪相關的人員，依據(jù)對風噪影響的嚴重程度建立組織結構。這是DFMEA的第一部分內(nèi)容。工作團隊里一般除主導DFMEA的NVH(噪聲、振動與聲振粗糙度)工程師外，還需合適的接口工程師，如造型管理工程師、質(zhì)量工程師、產(chǎn)品工程師，如負責外后視鏡、車門密封條相關組件、雨刮、天線、天窗等零部件的工程師。團隊的建立便于后續(xù)工作交流和問題推進。

在DFMEA工具中，在該階段要確定分析對象，收集并學習以往項目問題的經(jīng)驗及教訓，建立失效模式庫，確定潛在失效模式。這是DFMEA的第二部分內(nèi)容。由于整車風噪的失效模式及原因較多，需從多個渠道收集以往的問題，如售后質(zhì)量問題反饋、樣車開發(fā)階段的試驗故障記錄表和評審問題等，只要有明確的問題描述、問題分析及故障記錄，都可以列進表格(見圖3)。這其實是建立風噪問題數(shù)據(jù)庫，對以后開發(fā)車型具有借鑒意義。

圖3 風噪開發(fā)中失效模式收集示意圖

風噪系統(tǒng)框圖的建立，首先要確定分析范圍及對象。這是DFMEA的第三部分內(nèi)容。影響風噪的零部件用白色文本框布置，對風噪影響不明顯的零部件用灰色文本框布置。在白色文本框里的零部件，依據(jù)對風噪性能影響的嚴重度編號，按照汽車結構的空間位置進行布置，同時利用DFMEA表中的約束關系進行不同文本框之間關系確定。圖4為風噪系統(tǒng)框圖。

圖4 風噪系統(tǒng)框圖

風噪DFMEA表中的功能關系矩陣圖是對系統(tǒng)框圖的功能細分，其零部件界面就是系統(tǒng)框圖中所有零部件。功能關系矩陣圖是該表中第四部分內(nèi)容，其實就是整車技術規(guī)范中的風噪性能目標，包括客觀測試數(shù)據(jù)和主觀評價值。NVH工作人員需對競標車進行整車風噪分析，制定風噪性能目標。風噪性能目標一般包含在整車技術規(guī)范要求的NVH性能中，包括客觀數(shù)據(jù)要求和主觀評價要求?？陀^數(shù)據(jù)要求是對不同勻速工況的車速下車內(nèi)聲壓級和語音清晰度的數(shù)據(jù)要求；主觀評價要求是在統(tǒng)一標準下的分數(shù)值，分數(shù)越高，風噪性能越好。這個表格也是對前期開發(fā)的風噪性能目標文件的體現(xiàn)。

2.2 第二個閉環(huán)：數(shù)據(jù)檢查及實施階段

項目通過VDR階段后，進入工程數(shù)據(jù)設計階段。這個階段的風噪性能開發(fā)就是DFMEA工具中的第五部分即DFMEA表，該表格是DFMEA系統(tǒng)的核心，也是最重要的內(nèi)容。

風噪DFMEA表中零件/界面欄是第三部分系統(tǒng)框圖的具體展開，將白色部件逐步列出。該表的潛在失效模式欄里填寫風噪產(chǎn)生的原因?，F(xiàn)在汽車的風噪聲一般分為泄漏噪聲、風激噪聲、風鳴噪聲、風振噪聲，其中風鳴噪聲和風振噪聲是單一頻率的風噪聲，在風噪性能開發(fā)中要極力避免，因為該噪聲非常讓人厭煩，客戶的抱怨率較高。解決單一頻率風振噪聲的措施一般為封堵小孔或小腔體。但實際上DFMEA表的潛在失效模式中除泄漏是密封原因引起的外，其余大多數(shù)歸咎于汽車外形引起的風激噪聲。所以對于潛在失效模式，填寫內(nèi)容為導流效果差、密封失效，其次是隔音效果差，其中導流引起的風噪聲牽涉的零件最多。潛在失效的后果欄中一般填寫客戶的主觀評價描述。

該閉環(huán)階段是項目開發(fā)中最重要的數(shù)據(jù)分析和審核階段，體現(xiàn)在DFMEA表中的現(xiàn)有設計控制預防欄中。在該欄里，需對風噪相關的全部零部件進行數(shù)據(jù)檢查，檢查內(nèi)容和依據(jù)是DFMEA表中要求/規(guī)范欄中填寫的內(nèi)容。在要求/規(guī)范欄里，對于外形噪聲的控制就是前期開發(fā)中對造型的要求輸入，對于泄漏噪聲的控制就是前期開發(fā)中對于工程區(qū)域的零部件密封隔音性能的要求，這些要求不僅是失效模式中的整改措施，也是整車廠開發(fā)風噪的技術經(jīng)驗積累。

風噪DFMEA表中現(xiàn)有設計控制探測欄中的內(nèi)容是針對不同零部件進行現(xiàn)有探測手段的實施。對于風激噪聲，一般依據(jù)CAE分析，借助聲學設備進行道路或風洞測試。不同整車廠風噪分析采用的CAE分析軟件不同，該車型采用PowerFLOW進行整車風噪仿真，對造型及T2數(shù)據(jù)進行分析，起到前期數(shù)據(jù)輔助審核的作用。道路和風洞測試需有符合要求的整車，主要在項目開發(fā)的樣車階段進行。泄漏噪聲測試也是在整車有樣車時進行，主要利用氣密性設備和超聲波設備進行整車靜態(tài)密封性檢測。

DFMEA表中有4列需填寫的數(shù)據(jù)，分別為每個潛在失效后果的嚴重度、頻度、探測度的數(shù)據(jù)評分及依據(jù)這三項分數(shù)的乘積得出的風險優(yōu)先級順序數(shù)RPN，這是DFMEA工具表中風險控制的數(shù)字體現(xiàn)。對RPN值偏大的風險項需重點關注和控制，若RPN值大于100，說明該問題風噪性能差，客戶抱怨多，必須采取整改措施進行性能狀態(tài)糾正。

2.3 第三個閉環(huán)：實車評估及維護階段

該階段的DFMEA表是對整車風噪性能的驗證和維護。該階段是項目開發(fā)中實車試驗驗證及量產(chǎn)階段，主要解決產(chǎn)品在制造過程中出現(xiàn)的問題及相關售后質(zhì)量問題，主要針對RPN值高于100的相關零部件。也就是在實車階段根據(jù)實車風噪測試及動態(tài)評審情況，對客戶滿意度低的風噪聲進行改進。該車在行駛速度為60～80 km/h時，駕駛員耳旁出現(xiàn)“簌簌”的風噪雜音，用聲學設備道路測試，數(shù)據(jù)上體現(xiàn)并不明顯，但駕駛員的外耳感覺明顯。采用DFMEA工具分析，其RPN值為125，必須采取措施進行更改。根據(jù)正向開發(fā)原則，首先進行CAE仿真分析，分析結果見圖5。根據(jù)仿真分析結果，經(jīng)過臨時措施的實施及多組評審人員評估，決定更改外后視鏡基座，以消除60～80 km/h車速區(qū)間的雜音。改進后，DFMEA表中的RPN值更新到50。圖6(b)為量產(chǎn)車更改后的外后視鏡基座。

圖5 外后視鏡的CAE仿真分析結果

圖6 外后視鏡基座更改前后對比

維護階段是針對造車及售后出現(xiàn)的問題，如果確認是由設計所導致，則快速響應，尋找解決方法，設計更改方案，對產(chǎn)品進行持續(xù)改進。需特別說明的是，為保證更改的可靠性，對設計更改需重新進行前面兩個閉環(huán)的檢查和驗證，才能最終實施在產(chǎn)品上。同時對所有發(fā)現(xiàn)的新問題及問題的解決方案進行經(jīng)驗教訓總結與分享，并把學習到的內(nèi)容維護到DFMEA表的要求/規(guī)范及DFMEA失效模式庫中，以積累風噪性能開發(fā)工程經(jīng)驗。

3 結語

目前，DFMEA工具已在國內(nèi)汽車行業(yè)得到較廣泛的應用，尤其是在產(chǎn)品開發(fā)中使用較多，但在整車性能開發(fā)中應用較少。在風噪開發(fā)過程中對造型和零部件的要求及使用、項目要求的各類交付物均可結合DFMEA工具進行，這樣不僅能在設計前期階段有效識別和防御質(zhì)量風險，也能系統(tǒng)地融合風噪性能正向開發(fā)進行風噪性能質(zhì)量控制。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：1) 可將以往的失效模式和解決措施應用到造型及設計前期，真正起到DFMEA預防風險的作用，有效控制風噪性能；2) 可系統(tǒng)地收集和整理以往發(fā)生的風噪失效問題，進行工程數(shù)據(jù)及經(jīng)驗積累；3) 可結合項目開發(fā)過程，有效管理風噪性能的開發(fā)，對各階段的交付物和質(zhì)量把控做到全局風險最小，起到系統(tǒng)的閉環(huán)管理作用。