FAST-X方法在管柱式电动助力转向系统噪音问题中的应用

顾捷强 王野平

摘要：本文通过运用源自于夏宁法的FAST-X统计工程方法，针对某整车厂电动汽车管柱式助力转向系统异常旋转噪音抱怨问题进行分析研究。根据方法论中的事实定义、策略分析、统计确认、跟踪控制四大主要步骤进行分析，快速找到问题的根源，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.

关键词：电动车;FAST-X统计工程方法;电动助力转向系统EPS;异常旋转噪音

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

中图分类号：U461.3                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）10-0196-03

0  引言

近几年，电动汽车的迅猛发展趋势已经成为当前汽车行业最为炙热的话题之一。电动汽车以其节能、环保及代表未来智能化驾驶发展趋势的特点走进了大众的视野并被逐步广泛接受。但由于其没有可以进行掩蔽的发动机和排气等噪音，一些在燃油车时代不为人们所关注的振动噪音在电动车驾驶室内变得能被用户轻易感知。本文将通过实际案例，探讨和介绍运用FAST-X统计工程方法解决电动车转向噪音问题。

1  FAST-X方法理论概述

FAST-X统计工程方法是以统计为基础，认为所有的问题输出Y的响应分布是由很多输X's入组成的一个函数。根据80/20原则，只有20%的输入会对输出产生80%的影响，而根本原因X1总是最大的。FAST-X方法通过关注问题Y表现的两个BOB（最好样本）和WOW（最差样本）极端分布，从中隔离出其它的X's，就能够更快速的找到问题的根本原因X1。

FAST-X方法论包括如下4大步骤：

1.1 事实定义（Fact）  制定项目定义树，先确定问题为图1中4种基本问题的哪一种类型，通过每种类型不同的解决策略，将问题的Y响应转化出来，从而帮助去发现问题的根本原因X1。

1.2 策略分析（Analyze）  根据问题类型，制定策略分析图，查找造成好、坏件的差异因子。若差异是零件造成，则需要先对输出的测量系统进行评估，保证其有足够的检测精度。接着通过对BOB和WOW零件进行交换试验来聚焦到问题子零件。随后利用成对或者成组比较，查找出该零件中真正导致异常的设计特征，确定根本原因X1，并建立根本原因树。

1.3 统计确认（Statistical Confirmation）  选择验证试验来确认过滤出来的X1就是驱动Y响应中BOB和WOW分布的根本原因。可以运用Mann-Whitney检验或者Yukey尾部计数值试验，择所需的置信水平进行验证。

1.4 跟踪和控制（Track & Control）  选择针对性的解决方案来控制X1。实施解决方案并监控Y响应，以验证X1对改善方案的有效性，通常运用PPM或者IPTV作为考核标准来制作Y-响应运行图Run Chart，确保措施长久有效。

2  FAST-X方法具体应用

下文将以电动车管柱式电动助力转向系统噪音为例，介绍FAST-X统计工程方法论的基本运用方法。

2.1 事实定义  在為某汽车公司电动车开发转向产品接近尾声时，客户抱怨在电动车驾驶舱内连续打方向过程中有异常的类似于拉拉链的噪音出现（Zipper Noise）。

由于问题反馈清晰，可直接制定项目定义树，如图2所示。可以得出该问题属于失效事件类型，Y-响应是管柱式EPS旋转过程中出现异常噪音。

2.2 策略分析  运用策略分析图，分析出最大差异点是零件，见图3。

针对失效事件类型，发现差异出自于零件后，接下来将进行零件交换试验，确认究竟是零件本身还是组装工艺导致了差异的产生。选取3组WOW和BOB配对件，分别进行零件交换试验。3次试验过程如图4，结果均一致指向出扭矩传感器部件中的小齿轮保持架（见图5）是导致噪音在交换过程中发生彻底反转的问题零件。

从功能设计角度看，管柱式EPS在旋转运行过程中，保持架并不会发生任何运动，而与其有装配关系的2个内置磁环的塑料小齿轮会随着跟方向盘连接的助力轴旋转而转动。根据装配结构，从保持架图纸中找到5处与齿轮转动相关的可疑尺寸，见图6。分别测量BOB和WOW件该处尺寸后，进行成对比较。

成对比较结果如表1所示，发现仅浇口飞边高度尺寸从WOW到BOB变化趋势一致。

至此，造成异常噪音Zipper Noise的最大根本原因已经确认为扭矩传感器小齿轮保持架的浇口飞边高度超差，与小齿轮在转动过程中发生刮擦导致噪音，浇口飞边状态如图7。

根据以上分析过程，完成根本原因树，见图8。

2.3 统计确认  之前分析是从Y-响应的极端分布结果出发，逐步指向根本原因X1。而确定试验将通过从改变X1角度来确认Y-响应的结果影响与其相关。

从现有小齿轮保持架库存中进行分选，按飞边尺寸高度，挑出5件WOW件和5件BOB件，作序号标识。随后分别将其装配进EPS总成，检测是否有异常旋转噪音，并按噪音的结果进行重新排序，结果如表2所示。

可见5件BOB和WOW能够被Y-响应完全分离，该试验通过了99.4%置信水平的Mann-Whitney验证，见表3。确认保持架的浇口飞边高度是导致问题出现的根本原因。

2.4 跟踪和控制  将该问题反馈给塑料保持架供应商，要求其进行分析和改进。分析结果为：该产品浇口是模内切浇口，粒子韧性较好，在切除过程中容易产生拉丝，导致浇口处有飞边残留。保持架注塑示意图见图9。

改善方案：通过调整注塑后的保压时间，见图10，从当前8s调至10s，延长时间能使料柄保压更充分，料柄内应力变大，使其变脆。在顶出切浇口过程中，能够保证切面整齐且残留小，从而减少浇口的飞边残留。

供应商提交改善后的小齿轮保持架，工厂内部正式批量实施断点切换时间为2019年10月。自此，再无异常噪音问题Zipper Noise发生，确认改善方案是切实有效的。运行监控图见图11。

3  结束语

综上所述，通过运用FAST-X工程统计方法，快速寻找出客户抱怨的电动车管柱式转向系统异常旋转噪音问题的根本原因，并进行针对性的改进。为公司避免了被索赔的经济损失，同时又提升了客户对公司工程能力和产品的信心，保证新车顺利上市。希望能够以此对FAST-X方法在质量管理中的运用起到参考和借鉴作用。

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