純電動(dòng)汽車平臺(tái)的總裝底盤整體式合裝工藝設(shè)計(jì)

1、前言

車輛底盤模塊是整車價(jià)值最高的部分，對(duì)于車輛底盤模塊的裝配工藝體現(xiàn)出主機(jī)廠的制造能力層級(jí)。合裝工藝是汽車總裝工藝最為復(fù)雜的一個(gè)工序，底盤前后懸等部件與車身完成“結(jié)合”與“裝配”過程。整體式合裝對(duì)車身精度、零部件精度、托盤精度和定位系統(tǒng)的要求較高,直接影響生產(chǎn)產(chǎn)量和效率。本文從產(chǎn)品裝配工藝、底盤托盤夾具、設(shè)備布局、滿足自動(dòng)化的合裝及擰緊需求等幾個(gè)方面，對(duì)純電動(dòng)車底盤模塊的整體式靜止合車裝配概念要點(diǎn)做系統(tǒng)闡述。

2、底盤整體式合車系統(tǒng)概述

純電平臺(tái)底盤模塊（FahrwerkModule）包括車輛最大的預(yù)裝模塊以及最重要的底盤合裝設(shè)備，零件包括前懸總成、電池總成、后懸總成3大部分。如圖1所示，在所有零件定位和裝配到專用定位夾具上后，利用底盤合裝線裝配設(shè)備一次性將前后懸架總成/電池總成整體安裝到車輛底部的總成模塊。同時(shí)規(guī)范底盤裝配工藝流程，整合底盤模塊的RPS工藝定位基準(zhǔn)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化托盤規(guī)格，可以有效提高合裝質(zhì)量，降低制造成本，體現(xiàn)高端裝配工藝水準(zhǔn)。

如圖2所示，底盤模塊裝配理念是動(dòng)力總成、電池總成和所有底盤零件全部采用在定位夾具上銷孔精確定位方式，并且在合裝前完成全部的連接和緊固。

在底盤合裝工位，底盤夾具被定位在液壓升降臺(tái)上，升降臺(tái)自下而上托舉夾具與正上方的車身結(jié)合，定位夾具前后的主定位銷與車身定位孔結(jié)合，確保所有底盤裝配零件與車身螺孔的精確配合和連接，一次性把底盤模塊的所有零件裝配到車身上。由于底盤總成的連接件都是整車最重要的緊固件，精確定位和有效裝配關(guān)系到整車的行駛性能和安全性，是裝配規(guī)劃、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制的重點(diǎn)；同時(shí)，底盤合裝線也是車間重點(diǎn)設(shè)備控制點(diǎn)，它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)總裝車間的順利生產(chǎn)至關(guān)重要，一旦設(shè)備故障造成停機(jī)將直接損失產(chǎn)量，且沒有應(yīng)急方案，所以底盤模塊設(shè)備的可靠性也是設(shè)備規(guī)劃的重點(diǎn)。

（一）、標(biāo)準(zhǔn)的底盤合裝方案底盤零件在一個(gè)大框架上同時(shí)進(jìn)行合裝，前懸總成、電池總成、后懸總成在同一套夾具上，同時(shí)進(jìn)行合裝將作為標(biāo)準(zhǔn)。

在帶有合攏、分離舉升功能、抬高的輸送線上進(jìn)行底盤安裝，底盤安裝過程中由托盤夾具帶動(dòng)車身吊架。規(guī)范合車節(jié)拍標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)工廠產(chǎn)能規(guī)劃選擇60秒節(jié)拍和120秒  2種。根據(jù)投資成本匹配高人工和低人工2種標(biāo)準(zhǔn)。以及帶有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的托盤夾具。

（二）、標(biāo)準(zhǔn)化合裝方案對(duì)產(chǎn)品的約束

a.參與底盤合裝的總成件能進(jìn)行垂直進(jìn)行合攏和分離；

b.零件與車身連接（螺栓擰緊、隔熱罩敲緊）在合裝方向進(jìn)行；

c.產(chǎn)品需要給工裝夾具（擰緊接桿、定位支撐）留出空間。

d.車身與底盤件的裝配配合精度和位置精度具有統(tǒng)一的公差要求。

3、 整體合車定位方案/共線約束要求

底盤預(yù)裝輸送線將預(yù)裝好的底盤零件運(yùn)送至主線合裝工位，在舉升系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下將底盤零件與主線車身相結(jié)合。通過預(yù)裝托盤上的定位銷與車身對(duì)應(yīng)定位孔相匹配，保證底盤零件與車身相結(jié)合時(shí)位置準(zhǔn)確。為了將合車工藝標(biāo)準(zhǔn)化，需要定義并約束好總裝輸送系統(tǒng)的定位支撐，以及合車的定位系統(tǒng)，才能確保順暢合車，滿足自動(dòng)化合車及擰緊需求，降低后續(xù)在新車型開發(fā)中投入的大量設(shè)備改造成本。

參考圖3所示，確保平臺(tái)化的合車工藝和質(zhì)量要求，需要統(tǒng)一總裝輸送系統(tǒng)的定位支撐，以及合車主定位系統(tǒng)。規(guī)范平臺(tái)化、標(biāo)準(zhǔn)化、一致性要求如下。

P1、P6作為合車主定位銷、平臺(tái)化架構(gòu)最重要的工藝約束限制產(chǎn)品開發(fā)；

P2.1、P5.1為Φ30mm圓孔，作為總裝輸送系統(tǒng)的定位支撐，車身存儲(chǔ)線、內(nèi)飾線、底盤西線都共用這定位孔，確?？傃b輸送系統(tǒng)支撐保持一致性；

重心在P3/P4之間，且距離P3/P4大于100mm；

后續(xù)平臺(tái)化車型開發(fā)，必須沿用以上工藝制造約束。

4、 模塊化托盤結(jié)構(gòu)方案

（1）、模塊化托盤方案

見圖4所示，標(biāo)準(zhǔn)化托盤夾具方案主要由托盤框架、前托盤、中托盤、后托盤構(gòu)成，對(duì)于混線車型生產(chǎn)需要，一種方案是通過變換支撐點(diǎn)，可混裝2種以上車型；另外一種方案是通過建立托盤庫(kù)，從儲(chǔ)存區(qū)調(diào)換托盤，實(shí)現(xiàn)多車型柔性生產(chǎn)。模塊化托盤方案如下。

a.模塊化托盤可分為前托盤、中托盤、后托盤；

b.部分托盤通過大框架進(jìn)行定位；

c.中托盤、后托盤可切換為四驅(qū)托盤；

d.前托盤用于不同動(dòng)力總成配置的支撐點(diǎn)可切換；

e.大框架上后托盤可X方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，匹配不同軸距；

f.通過調(diào)換前中后托盤實(shí)現(xiàn)不同車型的柔性生產(chǎn)；

標(biāo)準(zhǔn)化模塊托盤，具備以下優(yōu)點(diǎn)：

a.車型對(duì)應(yīng)托盤只需要一次設(shè)計(jì)；

b.所有品牌同類型車型托盤相同；

c.產(chǎn)品、工藝、設(shè)備的優(yōu)化能輕松地傳遞給所有用戶；

d.生產(chǎn)柔性提高；

（2）、合裝托盤各組件的功能

各合裝托盤主要功能和模塊化如下：

托盤主框架：定位車身與托盤夾具，承載所有子托盤和底盤件，適配合裝輸送線、底盤線、合裝站。

前托盤：承載前段冷卻模塊、前懸總成（前驅(qū)動(dòng)點(diǎn)擊總成、前副車架、前懸架、轉(zhuǎn)向機(jī)總成、前制動(dòng)器總成等）。

中托盤：承載動(dòng)力電池總成、高壓線束、制動(dòng)管等。

后托盤：承載后懸總成、后驅(qū)動(dòng)點(diǎn)擊總成、后副車架、制動(dòng)器等。

各廠家按自身平臺(tái)化水平，集成度差異很大；集成度最低的僅有前、后托盤集成前后懸，集成度最高的幾乎集成所有底盤件，集成度越高，難度越大。

（3）、大托盤框架標(biāo)準(zhǔn)化大托盤框架設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

a.大量采用鑄鋁件，降低質(zhì)量，簡(jiǎn)化加工?？梢宰钚』y(tǒng)一底盤夾具軌道寬度。

b.前后側(cè)增加為框架在Y向橫移所需的特定鋁塊，增加摩擦力，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

c.底部框架與所有混產(chǎn)車型托板共享，節(jié)省投資和占用面積。合裝時(shí)前/中/后托板用銷孔方式準(zhǔn)確定位在底部框架上完成合裝。

d.在后橋托板區(qū)域增加X向滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，使后橋托板具備調(diào)整軸距的功能（圖5）。

e.對(duì)于產(chǎn)品開發(fā)來說，標(biāo)準(zhǔn)托盤軌道寬度，可保證螺栓打緊點(diǎn)和敲緊點(diǎn)避開大托盤框架，從而減少工廠設(shè)備上的投資，同時(shí)減少生產(chǎn)過程成本。如圖6所示，前期底盤模塊開發(fā)過程中，一定要避免前后副車架/電池的安裝點(diǎn)（1～10號(hào)安裝點(diǎn)）的擰緊工具與大托盤框架產(chǎn)生干涉，這個(gè)是工藝硬點(diǎn)約束，需要底盤產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)之初做好預(yù)防。

（4）、前/中/后托盤前/中/后托盤設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下。

a.大量采用鑄鋁件，降低質(zhì)量，簡(jiǎn)化加工。

b.前托盤主RPS定位銷設(shè)計(jì)在前橋上，保留了不同間距主定位銷在同一底盤模塊混產(chǎn)的可能性。

c.中托盤主要支撐電池總成，合裝精度要求不高，通過變換定位銷來滿足多車型共線，減少中托盤種類。

5 、合車站

托盤承載底盤件和吊具承載車身進(jìn)入合車站后，分別對(duì)托盤和吊具進(jìn)行定位，由剪式舉升機(jī)舉升托盤，或吊具下降完成底盤與車身“結(jié)合”的過程。合車過程中，底盤和車身主要是Z向運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于輸送線是靜止的。

如圖7所示:

底盤滿托板與空車身同時(shí)進(jìn)入合裝工位后，托板夾具由定位銷定位，后橋夾具掛鉤由氣缸確認(rèn)打開，液壓剪式升降機(jī)帶動(dòng)滿托板快速上升；同時(shí)吊架底部定位銷銷住吊架，車身后部掛鉤旋入車身后縱梁孔，并由氣缸推動(dòng)下壓住車身，防止后彈簧在合裝過程中把車身頂起。在系統(tǒng)確認(rèn)后部掛鉤已壓住車身后，升降機(jī)繼續(xù)慢速上升，底盤托板前后端RPS定位銷首先進(jìn)入車身定位孔，待底盤零件與車身底部接觸后，升降機(jī)繼續(xù)推動(dòng)托板向上10mm,使車身吊點(diǎn)向上浮動(dòng)10mm,確保底盤零件與車身底部的緊密結(jié)合。然后汽缸動(dòng)作將后橋夾具掛鉤掛入車身，車身后部掛鉤和吊架底部定位銷由汽缸打開，滿托板由托板底部鏈條帶動(dòng)車身和吊具一起離開液壓升降臺(tái)。

6、 自動(dòng)化擰緊站

合車站完成車身與底盤結(jié)合，后進(jìn)入擰緊的部分。車身底部規(guī)劃為底盤螺栓自動(dòng)擰緊設(shè)備，由侍服電機(jī)驅(qū)動(dòng)擰緊軸在X/Y/Z各方向自動(dòng)運(yùn)行達(dá)到螺栓點(diǎn)或者托板上的螺栓連接桿進(jìn)行自動(dòng)打緊，參考圖8所示。如圖9所示，底盤螺栓自動(dòng)化擰緊設(shè)計(jì)方案中，主要對(duì)前副車架、電池總成、后副車架的緊固點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)化擰緊，即Z向的緊固點(diǎn)適合采用自動(dòng)化擰緊，其余的緊固點(diǎn)保留人工擰緊方式。

a.前部2根擰緊軸打緊副車架4個(gè)螺栓或者6個(gè)螺栓。

b.中部4根擰緊軸打緊電池總成12個(gè)螺栓或者16個(gè)螺栓。

c.中后部8根擰緊軸同時(shí)打緊后橋搖臂8個(gè)螺栓，左右各4根軸組合安裝在固定支架上，安裝角度與螺栓法線方向重合。

d.后部2根擰緊軸打緊后橋副車架4個(gè)螺栓。在設(shè)計(jì)空間允許的情況下，全部選擇通用擰緊軸進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)，不建議選用偏心，自帶汽缸軸或者特殊扁頭的擰緊軸，對(duì)維修保養(yǎng)不利。

7、 合裝精度

底盤合裝工藝通過預(yù)裝托盤上的定位銷與車身對(duì)應(yīng)定位孔相匹配，保證底盤零件與車身相結(jié)合時(shí)的位置準(zhǔn)確，滿足自動(dòng)化合裝及自動(dòng)化擰緊工藝需求。底盤夾具的車身定位方案需按照車身底部定位系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。參考下圖10所示。

圖10 底盤整體合裝定位系統(tǒng)示意圖

a.托盤大框架為3點(diǎn)定位，后橋托盤帶有X方向調(diào)節(jié)功能，可在XY方向基于大框架浮動(dòng)。

b.車身底板為標(biāo)準(zhǔn)，前避震定位孔按RPS1為基準(zhǔn)。

c.前中后分托盤與托盤框架為不可浮動(dòng)配合。為保證定位精度，托盤框架主定位銷n24.8mm配合托盤定位孔n25mm。

d.車身底板定位銷孔沿用整車白車身焊裝總拼定位孔。為保證定位精度，托盤定位孔定位銷n24.8mm配合車身底板定位孔n25mm。

e.各整體合裝零部件采用工裝定位，不采用零件自定位策略，即各零件安裝孔采用過孔方案，過孔量大小根據(jù)尺寸鏈計(jì)算結(jié)果來定義。但需要保證各零件的安裝孔位置度精度，根據(jù)各零件的產(chǎn)品技術(shù)要求及制造工藝能力來定義位置度精度范圍。

8、 結(jié)束語

汽車傳統(tǒng)車企向著未來出行服務(wù)商轉(zhuǎn)變，未來出行生態(tài)方向預(yù)示著汽車行業(yè)正迎來電氣化、智能化、自動(dòng)化、共享化的發(fā)展趨勢(shì)，并且跨行業(yè)的融合將改變汽車的屬性。新能源產(chǎn)品或成為新能源品牌重塑的一個(gè)機(jī)會(huì)。每一款月銷過萬的爆款都對(duì)車企有著舉足輕重的影響，伴隨平民化的特斯拉Model3橫空出世，擁有爆款的純電車型一定是新能源汽車廠商存亡與發(fā)展的關(guān)鍵。底盤合裝工藝是總裝車間的核心技術(shù)樞紐，靜止式合裝涵蓋的技術(shù)子課題多而且復(fù)雜，整體式自動(dòng)合裝、自動(dòng)擰緊的技術(shù)難度高。給出了純電車型平臺(tái)下的底盤合裝工藝方案，介紹了前后懸總成與電池總成整體式合裝的可行性方案供同行參考和借鑒。