本文采用六西格瑪設計的理論對轎車蓄電池支撐系統(tǒng)進行概念設計。通過前期的調研明確客戶需求，確定蓄電池最主要的問題和參數并作為概念設計的客觀條件，同時將其轉換為工程指標作為評判的標準，最后從眾多的概念方案中依據普氏概念選擇的方法，選擇出最可行且最優(yōu)的方案。經驗證該方法有效改進了蓄電池支撐系統(tǒng)的整體性能指標，具有很好的工程參考價值。

1.蓄電池系統(tǒng)簡介

蓄電池性能的好壞直接關系到各種電器能否正常工作，不佳的性能還會導致與之相關的機構不能工作。蓄電池在車上的安裝必須牢固可靠，否則在工作時，由于受顛簸振動或其它外力的作用等因素，將會導致蓄電池脫落或破損。

蓄電池支撐系統(tǒng)的結構如圖1所示，主要由蓄電池、固定掛鉤、托盤、支架組成。蓄電池通過掛鉤固定在托盤上，托盤通過螺栓與支架連接，支架焊接在前縱梁上。支架作為整車系統(tǒng)中的一個重要子系統(tǒng)，合理設計其結構和強度能夠保障蓄電池及附屬電子元器件正常工作，對整車在行駛中的舒適性和安全性等都有著重要的作用。

2.項目識別和定義

工程指標是從客戶需求轉化而來的工程或者系統(tǒng)級別的衡量，可用于定量或定性測試或衡量產品的性能水平。客戶呼聲并不總是那么清晰，可以借用S．M．A．R．T法則幫助選擇和評估功能要求，用QFD等方法完成轉換。

通過對內部客戶、外部客戶以及國家法規(guī)的調查研究，采用功能分解和QFD的方法確定蓄電池系統(tǒng)的主要問題和參數，采用矩陣形式構造質量屋用以表示用戶需求、產品功能及其相互關系，從而識別和定義了對蓄電池支撐系統(tǒng)的產品需求，進而轉換為質量、成本指標以及工程要求。根據客戶呼聲轉換成的工程指標見表1。

考慮到生產、維護、性能等相關要求，本文從11個方面來考核蓄電池支架的性能，定義為支撐系統(tǒng)不同布置方案及設計方案的選擇和評判標準，這11個標準包括：重量，價格，結構剛度，振動，安全性，耐久性，布置可能性，可制造性，易安裝性，開發(fā)時間，售后維護方便性。

3.項目概念方案設計和評價

（1）支撐系統(tǒng)布置方案

根據前艙系統(tǒng)空間限制和蓄電池系統(tǒng)特點，經過對多種車型的調查研究，開發(fā)了四種蓄電池支撐系統(tǒng)布置方案，方案1（圖2）為前后方向布置，方案2（圖3）為內對角線布置，方案3（圖4）為外對角線布置，方案4（圖5）為左右方向橫向布置。

本文分別從11個性能方面為參考標準來對比考核這四種方案，采用普氏概念（Pugh）選擇方法，最終選擇出最優(yōu)的且適于企業(yè)生產制造的布置方案。普氏概念選擇的方法是從之前討論收集的概念和想法中，整理出一組概念，對于這些最初的概念尋求增強這組概念的優(yōu)點，根除或改進不足環(huán)節(jié)。它常用的方法是通過選擇一個基準來比較其他概念。首先將方案1作為基準，將其他三種方案分別與方案1作對比，對比結果見圖6。

由于方案1和方案4的蓄電池探出縱梁的長度較長，所以相應的支架尺寸應當較大，如圖2-圖5，故方案1和方案4的重量要高于方案2和3；方案4同方案1類似但略小于方案1，故價格方面來講，同樣的材料成本但由于支架尺寸不一致導致后三種方案要優(yōu)于方案1；由于方案2和方案3的蓄電池的質心位置落在縱梁上，且蓄電池與縱梁交錯面較大，如圖2-圖5，所以方案2和方案3的整體結構剛度要好于方案1和方案4。由于方案1蓄電池的質心位置懸在縱梁外側，所以支撐系統(tǒng)會有繞縱梁旋轉的趨勢，所以方案1的振動性能相對于其他三種方案要差；在正面碰撞的時候，方案1中的蓄電池會沿著X軸串動，可能會撞擊左側輪罩，方案3在正碰的時候蓄電池會沿外對角線方向串動，進而撞擊左側輪罩，所以安全性方面方案2和方案4比較有優(yōu)勢，方案3最差；耐久性方面四種方案類似；方案2和方案3相對方案1和方案4來說比較占空間；由于方案2和方案3的蓄電池相對與縱梁有一定的轉角導致支架有一定的拔模角，所以制造性方面相對較差；易安裝性、開發(fā)時間及售后維護方面，四種方案比較接近。

綜合來看，方案2和方案4比較有優(yōu)勢，因此再將2和4作第二輪對比。將方案2作為基準對比結果如圖7。

由圖7可以看出，性能指標中的結構剛度、振動和耐久性是方案4的弱項，但是經過核算方案4的性能指標能夠滿足法規(guī)和工程要求；但是方案4由于支架相對簡單，模具簡單，所以在價格方面的優(yōu)勢符合低成本的策略；方案4的安全性指標更被客戶關注，且對于寸土寸金的前艙布置來說方案4在布置可能性以及安裝性方面更具有優(yōu)勢。故最終選擇的布置方案為4。

（2）蓄電池支撐系統(tǒng)設計方案

根據對各種車型蓄電池系統(tǒng)對標調研，在布置方案4的基礎上開發(fā)了四種蓄電池支撐系統(tǒng)的結構設計方案，如圖8，方案1支撐系統(tǒng)由鐵支架和大的塑料托盤組成，方案2由鐵支架和一個鐵的托盤組成，方案3由鐵支架、塑料托盤和一個鐵的加強托盤組成，方案4由鐵支架和半個鐵托盤組成。

依然從11個指標來考核這四種方案的優(yōu)劣。

將方案1作為基準，將其他三種方案分別與方案1作對比，對比結果如圖9所示，由于方案2支撐系統(tǒng)全是鐵材料，所以相對于其他三個方案支撐系統(tǒng)的重量要重一些；由于塑料成本比較貴，所以方案1的成本不具備優(yōu)勢；由于含有較多的塑料件，方案1的整體剛度和振動性能不如其他幾種方案；耐久性方面，全為鋼結構支撐系統(tǒng)的方案2和方案4要優(yōu)于其他兩種方案；方案3的零件數量相對較多，所以開發(fā)時間相對較長。綜合來看，后面三種方案比較相近，但是都優(yōu)于方案1，所以再將后面三種方案作了第二輪對比，結果見圖10。

方案3、方案4比方案2的支撐系統(tǒng)的重量輕；由于含有塑料件，因此方案3的價格稍貴，方案4重量稍輕于方案2所以價格也低于方案2；因此綜合來看，方案4更具有優(yōu)勢，因此最終選擇方案4。

驗證和結論：

經CAE有限元分析及樣車驗證考核，設計的蓄電池總成的布置方案和支撐系統(tǒng)的結構設計方案符合法規(guī)以及工程設計要求，同時降低了生產成本和重量，可以用于實際生產制造。該布置方案和支撐系統(tǒng)設計方案對其他車型的蓄電池支撐系統(tǒng)設計有工程指導意義。

本文基于DFSS理論分別從蓄電池總成的布置及支撐系統(tǒng)的結構著手進行相關概念設計，然后根據性能指標采用普氏概念選擇法對比考核了這幾種方案的優(yōu)劣，從客戶和企業(yè)自身需求的角度出發(fā)，綜合權衡各種方案的優(yōu)劣確定了最終的布置方案以及結構設計方案，對于其他機械工程開發(fā)同樣具有指導意義。