基于六西格玛方法的固定转向柱轻量化设计



基于六西格玛方法的固定转向柱轻量化设计

对固定转向柱进行了改进，其上下金属支架用聚合物材料替代。采用六西格玛设计方法来满足NVH、碰撞、耐久性等性能的要求。分析了尼龙和聚丙烯两种材料。

研究中所有的仿真和试验都基于表1的要求进行。

表1　评价参数要求

将通用汽车现有车辆的固定转向柱作为优化目标。所有固定转向柱支架套管的边界条件保持不变，在边界和接口处添加了2种不同类型材料（聚丙烯和尼龙），将平行、对角线和蜂窝状肋条的添加件作为3种不同的概念。以上3种概念设计需要满足评价指标：质量、成本、转向柱干涉、部件复杂程度（越小越好），NVH的固有振动特性（越大越好）。采用尼龙材料有较好的NVH和碰撞试验性能。在质量、成本和振动性能方面，概念1的平行结构比另2个概念好。同基准结构相比，概念1在质量、NVH、抗腐蚀和复杂程度方面更优。利用CAE分析对肋条厚度、肋条数量和衬套刚度进行优化。并定义了如下控制变量：A-主结构厚度、B-肋条厚度、C-X方向肋条数量、D-Y方向肋条数量、E-衬套径向刚度。

根据优化与试验得出如下结论：衬套（径向刚度）对部件性能（平均/信号噪声图和鲁棒性）有较大的影响；控制变量A、B、C和 D对结果影响较小；尼龙比聚丙烯具有更高的冲击强度，推荐作为安全件应用；附加的玻璃纤维用于增强塑料支架。

Demerson Alves de Campos et al. SAE 2014-36-0103.

编译：杨昆