穩(wěn)健設(shè)計(jì)采用Saber仿真器提高系統(tǒng)可靠性

　　穩(wěn)健設(shè)計(jì)概念

　　“穩(wěn)健設(shè)計(jì)(Robust Design)”是一種通用的、并經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的開發(fā)理念，致力于提高流程或產(chǎn)品的可靠性。為了提高可靠性，要求穩(wěn)健設(shè)計(jì)原理在早期就成為設(shè)計(jì)周期不可分割的組成部分，其目標(biāo)是讓最終產(chǎn)品免受那些可能對(duì)可靠性產(chǎn)生不利影響的參數(shù)。如圖1所示，通用的穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法要求在設(shè)計(jì)過程中對(duì)信號(hào)、響應(yīng)、噪聲和控制這4項(xiàng)參數(shù)予以考慮 。

　　在當(dāng)前的系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境中，這4項(xiàng)參數(shù)有其特定含義。

　　1.信號(hào)參數(shù)

　　信號(hào)參數(shù)是指系統(tǒng)輸入信號(hào)的特性參數(shù)。這方面需要考慮的參數(shù)有很多，包括信號(hào)的類型(模擬、數(shù)字等)、幅值、頻率、頻譜等。設(shè)計(jì)師必須在創(chuàng)建有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)前對(duì)這些特性予以掌握。信號(hào)參數(shù)決定系統(tǒng)輸入級(jí)的結(jié)構(gòu)，輸入級(jí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)備加工，并供系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行處理。

　　2.響應(yīng)參數(shù)

　　響應(yīng)參數(shù)是針對(duì)系統(tǒng)輸出提出的要求。與信號(hào)參數(shù)類似，也有許多需要考慮的響應(yīng)參數(shù)。系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的處理必須能夠讓輸出達(dá)到性能要求。因此，響應(yīng)參數(shù)決定了系統(tǒng)輸出級(jí)的結(jié)構(gòu)。

　　3.噪聲參數(shù)

　　噪聲參數(shù)是指造成系統(tǒng)信號(hào)與響應(yīng)之間的關(guān)系發(fā)生漂移的干擾，可以是系統(tǒng)的內(nèi)部噪聲參數(shù)或外部噪聲參數(shù)，其中多數(shù)都不能被設(shè)計(jì)師直接控制。通常，設(shè)計(jì)師在消除干擾方面的唯一選擇是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中加入對(duì)噪聲的補(bǔ)償措施。為了做到這點(diǎn)，設(shè)計(jì)師必須首先對(duì)會(huì)給系統(tǒng)造成不利影響的所有噪聲參數(shù)進(jìn)行識(shí)別和量化，然后，設(shè)計(jì)師必須選擇有哪些參數(shù)需要進(jìn)行補(bǔ)償。

　　4.控制參數(shù)

　　控制參數(shù)用于對(duì)噪聲參數(shù)的補(bǔ)償，可由設(shè)計(jì)師直接控制。它的目標(biāo)是對(duì)那些能夠明顯影響系統(tǒng)并使其偏離標(biāo)稱性能的那些噪聲參數(shù)進(jìn)行預(yù)測和補(bǔ)償。在一種噪聲參數(shù)可能有多種補(bǔ)償解決方案時(shí)，穩(wěn)健設(shè)計(jì)原理提倡采用最簡潔、最經(jīng)濟(jì)高效的方法。為了滿足這一目標(biāo)，設(shè)計(jì)師必須經(jīng)常選擇能夠減輕多項(xiàng)噪聲參數(shù)的控制參數(shù)。

　　設(shè)計(jì)實(shí)例-汽車制動(dòng)

　　為了說明穩(wěn)健設(shè)計(jì)參數(shù)是如何應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，我們以一個(gè)基本的汽車制動(dòng)系統(tǒng)為例。該例中，假設(shè)汽車采用盤式制動(dòng)器，其目標(biāo)是使其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)完全停止。

　　理論上，制動(dòng)系統(tǒng)的操作是相當(dāng)簡單的。駕駛者對(duì)剎車踏板施加壓力，這個(gè)壓力通過液壓或電力傳導(dǎo)到制動(dòng)鉗上，制動(dòng)鉗推動(dòng)剎車片壓緊正在旋轉(zhuǎn)的剎車盤。剎車片施加到剎車盤上的力最終使車輛減速直至完全停止。

　　參見圖1，該系統(tǒng)的輸入信號(hào)是對(duì)剎車踏板施加的壓力。主要的信號(hào)參數(shù)是所施加壓力的數(shù)值。該系統(tǒng)對(duì)剎車踏板壓力的響應(yīng)就是降低車速。主要的響應(yīng)參數(shù)是車輛完全停止所需要的時(shí)長。

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　　圖1：穩(wěn)健設(shè)計(jì)中的參數(shù)。

　　有很多噪聲參數(shù)能夠影響制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)車輛能力。常見的噪聲參數(shù)包括車輛的重量、輪胎的狀況、車輛行駛的地面類型、制動(dòng)表面的條件和溫度以及天氣條件，所有這些參數(shù)在車輛行駛中的任何時(shí)刻都存在。設(shè)計(jì)師必須理解所有這些參數(shù)，并根據(jù)它們對(duì)剎車系統(tǒng)性能的影響來區(qū)分優(yōu)先次序。

　　設(shè)計(jì)師可以從幾項(xiàng)控制參數(shù)中選擇，以便對(duì)剎車系統(tǒng)噪聲參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。常見的控制參數(shù)包括制動(dòng)表面的大小、對(duì)剎車力的計(jì)算機(jī)控制、懸掛系統(tǒng)的硬度以及增加剎車助力。設(shè)計(jì)師必須選擇能夠最好地滿足系統(tǒng)性能技術(shù)規(guī)格的各項(xiàng)控制參數(shù)的組合。

　　一旦識(shí)別出關(guān)鍵性的噪聲參數(shù)并選定了控制參數(shù)，就可以使用穩(wěn)健設(shè)計(jì)流程來實(shí)現(xiàn)和分析這個(gè)設(shè)計(jì)方案，以確保剎車系統(tǒng)的可靠性。穩(wěn)健設(shè)計(jì)流程的目標(biāo)是以最高的系統(tǒng)可靠性和最為合理的系統(tǒng)成本滿足性能要求。