FAST-X方法在管柱式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)噪音問題中的應(yīng)用

顧捷強 王野平

摘要：本文通過運用源自于夏寧法的FAST-X統(tǒng)計工程方法，針對某整車廠電動汽車管柱式助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異常旋轉(zhuǎn)噪音抱怨問題進(jìn)行分析研究。根據(jù)方法論中的事實定義、策略分析、統(tǒng)計確認(rèn)、跟蹤控制四大主要步驟進(jìn)行分析，快速找到問題的根源，并制定改善措施。

Abstract： By using the FAST-X statistical engineering method derived from Shainin’s strategy， this paper is to resolve the complaint for abnormal running noise caused by CEPS on a new EV project. According to the four major steps of FAST-X method， FACT， ANALYSIS， STATISTICAL CONFIRMATION， TRACK & CONTROL， quickly found the root cause of the problem along with improvement action came up and implemented.

關(guān)鍵詞：電動車;FAST-X統(tǒng)計工程方法;電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS;異常旋轉(zhuǎn)噪音

Key words： EV;FAST-X statistical method;electrical power steering （EPS）;abnormal running noise

中圖分類號：U461.3? ? ? ? ? ? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）10-0196-03

0? 引言

近幾年，電動汽車的迅猛發(fā)展趨勢已經(jīng)成為當(dāng)前汽車行業(yè)最為炙熱的話題之一。電動汽車以其節(jié)能、環(huán)保及代表未來智能化駕駛發(fā)展趨勢的特點走進(jìn)了大眾的視野并被逐步廣泛接受。但由于其沒有可以進(jìn)行掩蔽的發(fā)動機和排氣等噪音，一些在燃油車時代不為人們所關(guān)注的振動噪音在電動車駕駛室內(nèi)變得能被用戶輕易感知。本文將通過實際案例，探討和介紹運用FAST-X統(tǒng)計工程方法解決電動車轉(zhuǎn)向噪音問題。

1? FAST-X方法理論概述

FAST-X統(tǒng)計工程方法是以統(tǒng)計為基礎(chǔ)，認(rèn)為所有的問題輸出Y的響應(yīng)分布是由很多輸X's入組成的一個函數(shù)。根據(jù)80/20原則，只有20%的輸入會對輸出產(chǎn)生80%的影響，而根本原因X1總是最大的。FAST-X方法通過關(guān)注問題Y表現(xiàn)的兩個BOB（最好樣本）和WOW（最差樣本）極端分布，從中隔離出其它的X's，就能夠更快速的找到問題的根本原因X1。

FAST-X方法論包括如下4大步驟：

1.1 事實定義（Fact）? 制定項目定義樹，先確定問題為圖1中4種基本問題的哪一種類型，通過每種類型不同的解決策略，將問題的Y響應(yīng)轉(zhuǎn)化出來，從而幫助去發(fā)現(xiàn)問題的根本原因X1。

1.2 策略分析（Analyze）? 根據(jù)問題類型，制定策略分析圖，查找造成好、壞件的差異因子。若差異是零件造成，則需要先對輸出的測量系統(tǒng)進(jìn)行評估，保證其有足夠的檢測精度。接著通過對BOB和WOW零件進(jìn)行交換試驗來聚焦到問題子零件。隨后利用成對或者成組比較，查找出該零件中真正導(dǎo)致異常的設(shè)計特征，確定根本原因X1，并建立根本原因樹。

1.3 統(tǒng)計確認(rèn)（Statistical Confirmation）? 選擇驗證試驗來確認(rèn)過濾出來的X1就是驅(qū)動Y響應(yīng)中BOB和WOW分布的根本原因?？梢赃\用Mann-Whitney檢驗或者Yukey尾部計數(shù)值試驗，擇所需的置信水平進(jìn)行驗證。

1.4 跟蹤和控制（Track & Control）? 選擇針對性的解決方案來控制X1。實施解決方案并監(jiān)控Y響應(yīng)，以驗證X1對改善方案的有效性，通常運用PPM或者IPTV作為考核標(biāo)準(zhǔn)來制作Y-響應(yīng)運行圖Run Chart，確保措施長久有效。

2? FAST-X方法具體應(yīng)用

下文將以電動車管柱式電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)噪音為例，介紹FAST-X統(tǒng)計工程方法論的基本運用方法。

2.1 事實定義? 在為某汽車公司電動車開發(fā)轉(zhuǎn)向產(chǎn)品接近尾聲時，客戶抱怨在電動車駕駛艙內(nèi)連續(xù)打方向過程中有異常的類似于拉拉鏈的噪音出現(xiàn)（Zipper Noise）。

由于問題反饋清晰，可直接制定項目定義樹，如圖2所示?？梢缘贸鲈搯栴}屬于失效事件類型，Y-響應(yīng)是管柱式EPS旋轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)異常噪音。

2.2 策略分析? 運用策略分析圖，分析出最大差異點是零件，見圖3。

針對失效事件類型，發(fā)現(xiàn)差異出自于零件后，接下來將進(jìn)行零件交換試驗，確認(rèn)究竟是零件本身還是組裝工藝導(dǎo)致了差異的產(chǎn)生。選取3組WOW和BOB配對件，分別進(jìn)行零件交換試驗。3次試驗過程如圖4，結(jié)果均一致指向出扭矩傳感器部件中的小齒輪保持架（見圖5）是導(dǎo)致噪音在交換過程中發(fā)生徹底反轉(zhuǎn)的問題零件。

從功能設(shè)計角度看，管柱式EPS在旋轉(zhuǎn)運行過程中，保持架并不會發(fā)生任何運動，而與其有裝配關(guān)系的2個內(nèi)置磁環(huán)的塑料小齒輪會隨著跟方向盤連接的助力軸旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)動。根據(jù)裝配結(jié)構(gòu)，從保持架圖紙中找到5處與齒輪轉(zhuǎn)動相關(guān)的可疑尺寸，見圖6。分別測量BOB和WOW件該處尺寸后，進(jìn)行成對比較。

成對比較結(jié)果如表1所示，發(fā)現(xiàn)僅澆口飛邊高度尺寸從WOW到BOB變化趨勢一致。

至此，造成異常噪音Zipper Noise的最大根本原因已經(jīng)確認(rèn)為扭矩傳感器小齒輪保持架的澆口飛邊高度超差，與小齒輪在轉(zhuǎn)動過程中發(fā)生刮擦導(dǎo)致噪音，澆口飛邊狀態(tài)如圖7。

根據(jù)以上分析過程，完成根本原因樹，見圖8。

2.3 統(tǒng)計確認(rèn)? 之前分析是從Y-響應(yīng)的極端分布結(jié)果出發(fā)，逐步指向根本原因X1。而確定試驗將通過從改變X1角度來確認(rèn)Y-響應(yīng)的結(jié)果影響與其相關(guān)。

從現(xiàn)有小齒輪保持架庫存中進(jìn)行分選，按飛邊尺寸高度，挑出5件WOW件和5件BOB件，作序號標(biāo)識。隨后分別將其裝配進(jìn)EPS總成，檢測是否有異常旋轉(zhuǎn)噪音，并按噪音的結(jié)果進(jìn)行重新排序，結(jié)果如表2所示。

可見5件BOB和WOW能夠被Y-響應(yīng)完全分離，該試驗通過了99.4%置信水平的Mann-Whitney驗證，見表3。確認(rèn)保持架的澆口飛邊高度是導(dǎo)致問題出現(xiàn)的根本原因。

2.4 跟蹤和控制? 將該問題反饋給塑料保持架供應(yīng)商，要求其進(jìn)行分析和改進(jìn)。分析結(jié)果為：該產(chǎn)品澆口是模內(nèi)切澆口，粒子韌性較好，在切除過程中容易產(chǎn)生拉絲，導(dǎo)致澆口處有飛邊殘留。保持架注塑示意圖見圖9。

改善方案：通過調(diào)整注塑后的保壓時間，見圖10，從當(dāng)前8s調(diào)至10s，延長時間能使料柄保壓更充分，料柄內(nèi)應(yīng)力變大，使其變脆。在頂出切澆口過程中，能夠保證切面整齊且殘留小，從而減少澆口的飛邊殘留。

供應(yīng)商提交改善后的小齒輪保持架，工廠內(nèi)部正式批量實施斷點切換時間為2019年10月。自此，再無異常噪音問題Zipper Noise發(fā)生，確認(rèn)改善方案是切實有效的。運行監(jiān)控圖見圖11。

3? 結(jié)束語

綜上所述，通過運用FAST-X工程統(tǒng)計方法，快速尋找出客戶抱怨的電動車管柱式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)異常旋轉(zhuǎn)噪音問題的根本原因，并進(jìn)行針對性的改進(jìn)。為公司避免了被索賠的經(jīng)濟損失，同時又提升了客戶對公司工程能力和產(chǎn)品的信心，保證新車順利上市。希望能夠以此對FAST-X方法在質(zhì)量管理中的運用起到參考和借鑒作用。

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