基于六西格玛方法的多桥转向特种汽车的转角准确度的提升

孔丹

(泰安航天特种车有限公司,山东泰安 271000)

0 引言

传统多桥转向特种汽车通常采用机械杆系方式来实现前后桥同步转向，成本较低、易于实现，可以保证车辆具有良好的通过性。但是，由于转向结构件多、维护不到位等原因，实际转向角度与设计角度一直存在偏差，致使转向角度不准确。为此，文中通过优化转向系统结构和改进转角设计等措施来提升转角准确度。

1 多桥转向特种汽车转角准确度提升的分析与实施

1.1 转角准确度的定义

对于转角准确度的定义，主要与以下几个名词相关：

(1)实测转角：车辆按照工艺技术要求调试完毕后，测量各转向桥左右轮转角(方向盘中位至左右转极限位置)，一般取0.5°为1个单位。

(2)设计转角：根据设计图纸利用阿克曼原理计算出的各桥左右轮转角。

(3)转角准确度的计算公式为：=,其中为实测转角，为设计转角。

根据厂内车辆转角准确度的设计要求，将转角准确度低于80%定义为转角不准确。

文中选取某55XX(四桥转向)特种汽车对其后桥转角进行测量。车辆满载状态下，选取转向过程中方向盘中位(设计转角0°)至左转极限(设计转角15.3°) 过程中的10个转角进行实际测量，经计算，实测转角的平均转角准确度为83.56%。

文中通过改进转向系统结构将转角准确度提升至98%以上，后续通过优化转角设计值，从而达到准确度100%的终极目标。

1.2 数据测量与分析

1.2.1 测量系统一致性评价

文中主要解决特种汽车转向准确度的问题，其测量数据为计量型离散数据。随机选取12个样本、编号、记录其质量状态，再由3名整车检验员重复检测两次，然后与车辆实际状态对比，统计其一致性。

对测量结果与零件真实属性进行比较分析，一致性为91.67%，超过90%，该测量系统符合评价标准。

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1.2.2 数据收集及分析

测量阶段的数据收集计划主要有两个指标：

(1)转角不准确数量:每月重型越野汽车落地车辆的转角不准确车辆的数量。

(2)各转向方式车辆的落地数量:每月重型越野汽车落地车辆中，各种转向桥车辆所占的比例。

根据数理统计的基本要求，将以上两个数据收集时间区间设置为2015年1月至2016年12月。

根据车辆24个样本(2015年1月至2016年12月)收集到的过程现状数据，进行过程受控(稳定性)分析。数据的控制图如图1所示，数据的过程能力分析如图2所示。

图1 数据的P控制图

图2 数据的过程能力分析

比率计算公式为：

式中：为本月转角不准确车辆数量;为产品总量。

控制界限、计算公式为：

图3为24个月(2015年1月至2016年12月)的重型越野汽车落地四桥转向车辆数量的柏拉图。由图可以看出，2016年8—10月四桥转向车辆所占比率较高。因此，考虑转向桥的数量是否与转角准确度呈正相关。

图3 四桥转向车辆数量的柏拉图

1.3 影响因素分析

利用FMEA对影响转角准确度的11个因素进行分析，由不同的专业技术人员根据各因素对转向准确度的影响权重进行打分(是事件发生的频率、严重程度和检测等级三者乘积，被称为风险系数或风险顺序数，其数值愈大潜在问题愈严重)，进而对相关末端因素进行筛选评价。

潜在缺陷模式的柏拉图如图4所示。

图4 潜在缺陷模式的柏拉图

通过分析找出影响转角准确度的主要因子，主要影响转角准确度的因素见表1。

表1 关键因子统计表

对进行不同设计余量(2°～3°，0.5°～2°)的转角准确度数据进行双样本假设检验，由图5可以看出，不同设计余量的转角准确度具有显著差异。

图5 设计不合理的假设检验分析

1.4 改善措施

结合项目目标、功能指标以及分析得到的关键因子，制定对策并进行分析。根据效果及实现难度进行打分，通过柏拉图的分析，确认将电控液压转向系统确定为具体实施的方案，对策分析见表2。

表2 对策分析

该车型采用5桥底盘，I、II、IV、V桥转向，55XXA特种汽车现拉杆布置如图6所示。共有转向纵拉杆6根、转向直拉杆4根。这种结构杆系复杂，由于转向拉杆需要从I桥一直布置到V桥，为避让车辆其他部件，设计出多根异形拉杆，对拉杆的强度产生影响；由于转向拉杆传递效率的限制，V桥转向准确率偏低，轮胎容易出现异常磨损。

图6 55XXA特种汽车现拉杆布置

计划前两桥采用液压助力、机械传动式转向系统，拆掉前两桥连接后两桥的转向拉杆，将后两桥改用电控比例阀液压转向系统。

当车辆低速行驶时，车辆后桥转向以保证车辆具有较小的转弯半径，以获得较高的通过性；高速行驶时，通过控制器控制液压阀组等方式保证后桥锁止对正行驶，确保行车安全。改进后的IV、V桥杆系布置如图7所示。

图7 改进后的IV、V桥杆系布置

改进完成后对改进型特种汽车的各项性能进行测试，测试结果见表3。由表可知，改进后的车辆完全可以满足车辆设计要求。

改进后车辆后桥转角与改进前转角数值相对比，平均转角准确度由83.56%提升至96.53%，目标达成。试验完成后，对改进车型各项性能达标情况进行了统计梳理，并顺利通过出厂评审。

表3 改进型特种汽车的各项性能测试结果

1.5 控制方案

为了保证方案的有效性，采取了以下巩固措施：

(1)在某试验车上进行了20 000 km试验验证，验证效果良好。

(2)部分试验工程车辆进行了此类型转向设计，多种系列车辆上已进行了装车验证，目前验证效果良好。

(3)将已通过验证的设计方案与厂家签订技术协议，并成功申请专利。

(4)后续将针对后桥转角误差问题进行有限元分析，增加有力的数据验证。

2 结论

文中针对多桥转向汽车后桥转角准确率低的问题进行分析，确定六西格玛实施目标后，按照DMAIC的技术路线推进，并进行了定义、测量、分析、改善、控制等阶段的具体工作，有效提高了多桥转向特种汽车的转角准确度。最后将六西格玛知识和工具运用到项目中，初步达到了利用六西格玛理念分析处理问题、提高质量性能、获取更高收益的目的。