淺談新能源純電車型柔性生產(chǎn)的底盤合裝方法

蔣常林　劉桂永　蘇曉宇

摘 要：文章簡(jiǎn)單介紹了汽車底盤整體合裝的目的及當(dāng)前現(xiàn)狀，提出了一種適合各車型柔性生產(chǎn)的底盤合裝方法。針對(duì)底盤整體合裝有可能出現(xiàn)的主要問(wèn)題做了說(shuō)明，并且對(duì)各車型高柔性生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題給出了相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。文中提出了底盤整體合裝的工藝需求內(nèi)容，用于約束產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，并配合工藝布局、工裝設(shè)備的前期規(guī)劃，最終實(shí)現(xiàn)低成本、高柔性的精益生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：純電車 底盤整體合裝 柔性 精益生產(chǎn)

Discussion about the Chassis Assembly Method for Flexible Production of New Energy Pure Electric Models

Jiang Changlin，Liu Guiyong，Su Xiaoyu

Abstract：This paper briefly introduces the purpose and current status of the overall assembly of automobile chassis， and proposes a chassis assembly method suitable for flexible production of various models. The main problems that may occur in the overall assembly of the chassis are explained， and corresponding countermeasures are given to the problems that occur in the high-flexibility production of each model. In this paper， the process requirements of the overall assembly of the chassis are proposed， which are used to constrain the design and development of products， and cooperate with the process layout and the preliminary planning of tooling equipment， and finally realize the lean production with low cost and high flexibility.

Key words：pure electric vehicle， chassis integral assembly， flexibility， lean production

1 引言

汽車底盤零件是整車的核心部件，對(duì)于新能源純電車，其副車架、后橋、動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、高壓線束等裝配質(zhì)量至關(guān)重要。底盤零件的整體合裝能提升整車駕駛性能，但是底盤合裝工藝是總裝裝配過(guò)程中最為復(fù)雜的一個(gè)工序，對(duì)車身精度、零部件精度，托盤精度和定位系統(tǒng)要求也比較高。本文針對(duì)不同新能源純電車型在同一生產(chǎn)線柔性生產(chǎn)時(shí)，需要對(duì)產(chǎn)品提出相關(guān)的制造需求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)約束，并對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題制定了應(yīng)對(duì)措施及建議。

2 背景

2.1底盤整體合裝概述

純電動(dòng)汽車的底盤整體合裝是將底盤模塊裝配到車身過(guò)程，而底盤模塊是指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[1]，底盤模塊示意圖見(jiàn)圖1。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)，因此底盤整體合裝的制造工藝門檻會(huì)相對(duì)較高。

2.2現(xiàn)狀分析

目前汽車行業(yè)內(nèi)底盤整體合裝在工裝開(kāi)發(fā)及工藝布局方面已經(jīng)較為成熟，為了減少工裝開(kāi)發(fā)成本，一般都會(huì)基于同平臺(tái)或者車型結(jié)構(gòu)類似的車型共線生產(chǎn)，對(duì)于不同的車型結(jié)構(gòu)，很少會(huì)將其混線生產(chǎn)。雖然底盤合裝技術(shù)目前行業(yè)類已很成熟，但是底盤合裝工位相比傳統(tǒng)底盤舉升工位建設(shè)投資成本高，并且對(duì)于車身、零件精度的要求也比傳統(tǒng)線高。

3 主要存在問(wèn)題

在進(jìn)行底盤合裝工藝開(kāi)發(fā)及多車型柔性生產(chǎn)的過(guò)程中，一般會(huì)出現(xiàn)如下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）現(xiàn)有底盤合裝技術(shù)對(duì)于車型要求比較嚴(yán)苛，要求同平臺(tái)車型或者結(jié)構(gòu)類似的車型，否則工裝成本過(guò)高。

（2）由于前期公司規(guī)劃以及制造策略的問(wèn)題，對(duì)于未規(guī)劃上底盤合裝的車型，在產(chǎn)品數(shù)據(jù)上未做底盤合裝的預(yù)留，后續(xù)隨著市場(chǎng)的需求或者公司策略的變化，其車型需要上底盤合裝，則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品由于數(shù)據(jù)更改及模具等更改增加投資成本，并且更改周期長(zhǎng)，不能快速投產(chǎn)。

（3）底盤合裝工位的布局、工裝設(shè)備等開(kāi)發(fā)未全面考慮所有車型的特殊差異性，在前期設(shè)計(jì)及建設(shè)時(shí)未能做工裝預(yù)留，導(dǎo)致后續(xù)上新車型，改造大成本高，且影響生產(chǎn)線正常運(yùn)行。

（4）底盤合裝工藝需求未量化明確或制造立場(chǎng)不堅(jiān)定，吊具定位不一致，前后副車架及電池定位不一致，導(dǎo)致產(chǎn)品上線后，工裝難兼容，托盤、吊具等的改造成本高，見(jiàn)圖2。

（5）底盤合裝產(chǎn)線投資成本較高，合裝產(chǎn)線與傳統(tǒng)產(chǎn)線同時(shí)存在，根據(jù)市場(chǎng)需求，有可能同一車型將同時(shí)在不同的生產(chǎn)線生產(chǎn)，由于前期規(guī)劃未統(tǒng)籌考慮，同一車型較難同時(shí)滿足兩種產(chǎn)線的裝配。

4 應(yīng)對(duì)方案

針對(duì)以上可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，制定相應(yīng)的措施方案，確保低成本、高柔性的精益化生產(chǎn)。

（1）制定底盤合裝車型的大策略，找到產(chǎn)品生產(chǎn)與成本的平衡點(diǎn)，規(guī)定其：新能源EV車型上底盤合裝，PHEV、HEV及燃油車不上此底盤合裝線，避免發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣系統(tǒng)的差異導(dǎo)致合裝托盤難以兼容，如上圖3。

（2）基于上述的大策略，PE（產(chǎn)品工程師）按照ME（工藝工程師）的工藝需求，對(duì)新開(kāi)發(fā)的EV車型做底盤合裝的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，對(duì)于勉強(qiáng)能實(shí)現(xiàn)底盤合裝的車型，無(wú)成本的需求產(chǎn)品做數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)，成本增加較高的需求，PE做數(shù)據(jù)預(yù)留，根據(jù)后續(xù)市場(chǎng)需求或公司策略再做產(chǎn)品更改。

（3）底盤合裝工位的布局、工裝設(shè)備等開(kāi)發(fā)需全面考慮各車型的差異性，做好工裝設(shè)備的預(yù)留，后續(xù)一旦車型上線，則可快速滿足生產(chǎn)需求。首先考慮的是吊具的兼容性，于各平臺(tái)的車型長(zhǎng)寬有差異，因此吊具需要做好各車型定位的預(yù)留，滿足X/Y方向的可調(diào)，見(jiàn)圖4。然后就是底盤合裝的工裝托盤，托盤的大小、滑移長(zhǎng)度及各支撐的位置需等要綜合各車型做好預(yù)留。合裝托盤的精度要求較高，托盤表面平面度達(dá)到±0.2mm，托盤裝配后的整體精度需要控制在±0.35mm之內(nèi)，部分關(guān)鍵銷的精度需要在±0.15 mm之內(nèi)。裝配后各托盤需要逐個(gè)上三坐標(biāo)檢測(cè)調(diào)整[2]。

（4）ME需定義好底盤合裝工藝需求清單，提出的工藝需求要求量化，并在數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)前期輸入到項(xiàng)目，由專人負(fù)責(zé)跟蹤推進(jìn)。

（5）ME做數(shù)據(jù)虛擬評(píng)審時(shí)，既要校核底盤合裝也要校核底盤分體式舉升裝配，兩種方式若共同滿足問(wèn)題基本出現(xiàn)在高壓線束上。

問(wèn)題：按照電機(jī)、電池、底盤等零件一體舉升后，前驅(qū)MCU（電機(jī)控制器）高壓線束需要先布裝在車身上后，而舉升后前驅(qū)MCU高壓線束因布置問(wèn)題被前艙的蓄電池托盤等零件擋住導(dǎo)致無(wú)法裝配。

應(yīng)對(duì)方案：

方案一：將高壓線束需打斷增加過(guò)線盒，即將副車架總成、動(dòng)力電池和后橋合裝擰緊后，此時(shí)托盤已分離，利用副車架和電池間的間隙完成線束的連接。

優(yōu)點(diǎn)：各產(chǎn)線均能滿足裝配。

缺點(diǎn)：成本略高，增加過(guò)線盒，性能穩(wěn)定性會(huì)受點(diǎn)影響。

方案二：將高壓線束布置在電池上方，見(jiàn)圖5，在分裝工位將線束布置在電池上，并將所有的線束接口完成連接，此時(shí)副車架、電池、后橋以及高壓線束完成一起舉升裝配及擰緊。

優(yōu)點(diǎn)：成本相對(duì)較低。

缺點(diǎn)：只滿足底盤合裝線的生產(chǎn)，傳統(tǒng)線無(wú)法裝配。

5 整體合裝工藝需求

為滿足各新能源純電車型柔性的整體合裝及擰緊，需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)約束，利于整體合裝的前、中、后托盤兼容，見(jiàn)圖6，具體的工藝需求主要包含以下幾個(gè)方面：

吊具定位：

（1）吊具與車身定位孔，四個(gè)定位孔的Z向高度差值為0；

（2）前定位孔用Y593孔定位，同架構(gòu)后定位孔YZ位置一致，X向可調(diào)，不同架構(gòu)后定位孔Y向盡量一致，X向可調(diào)；

（3）不同架構(gòu)車型吊具前定位孔與長(zhǎng)圓孔Y520 XYZ方向位置一致；

（4）吊具前定位孔直徑大小φ20，后定位孔直徑φ25，后續(xù)有機(jī)會(huì)建議統(tǒng)一為φ25。

前托盤定位：

（1）前副車架合裝托盤與車身的定位孔（Y520孔），左右1組不能被零件遮擋；

（2）定位孔與吊具前定位孔X、Y向距離一致；

（3）定位孔徑大小φ20。

中托盤定位：

（1）動(dòng)力電池與托盤定位至少需要1組定位孔，每組定位孔分布在電池左右兩側(cè)，定位銷同時(shí)穿過(guò)電池和車身，滿足1銷穿兩孔；

（2）左側(cè)圓孔孔徑Φ16，右側(cè)長(zhǎng)圓孔孔徑16*22（Y向）；

（3）不同動(dòng)力電池，對(duì)應(yīng)位置的定位孔在Y方向、X向位置相對(duì)于吊具前定位孔位置保持一致。

后托盤定位：

（1）后副車架合裝托盤與車身的定位孔，左右1組不能被零件遮擋；

（2）托盤后部車身定位孔與后橋定位孔X向距離一致；

（3）定位孔徑大小φ20。

壓緊車身：

為保證底盤合裝壓縮彈簧裝配壓住車身，需在左右后大梁處各開(kāi)一個(gè)壓車身的方孔。

（1）方孔大?。?5*25mm，Y向大梁內(nèi)腔空間大于23mm；

（2）單邊壓力強(qiáng)度需滿足后橋螺旋彈簧的空載狀態(tài)的壓縮力*1.25；

（3）開(kāi)孔位置要求：距離孔周邊20mm范圍內(nèi)無(wú)東西遮擋（如開(kāi)孔在側(cè)圍內(nèi)，側(cè)圍與大梁Y間距大于150mm）；

副車架定位：

（1）前副車架與托盤定位需要兩個(gè)定位孔四個(gè)支撐面，與托盤主定位孔（Y520）X向中心距142mm，Y向中心距265mm；

（2）前副車架安裝孔與定位孔相對(duì)位置固定；

（3）零件定位孔：Φ16。

后橋定位：

（1）后橋與托盤定位需要兩個(gè)定位孔四個(gè)支撐面，且位置相對(duì)于托盤后定位孔尺寸保持一致；

（2）后橋安裝孔與零件定位孔相對(duì)位置固定；

（3）零件定位孔：Φ14。

自動(dòng)擰緊：

（1）安裝螺栓要求為m -piont導(dǎo)向螺栓，且為Z向擰緊；

（2）不同車型共線生產(chǎn)，為滿足托盤兼容，對(duì)應(yīng)安裝孔需要重合，否則安裝孔距≥56mm。

6 創(chuàng)新分析及推廣

6.1 合裝方案創(chuàng)新分析

高柔性底盤合裝方案相對(duì)于現(xiàn)有行業(yè)上的合裝方案主要有4個(gè)方面的創(chuàng)新：

（1）制定底盤合裝車型與數(shù)據(jù)策略，找到產(chǎn)品生產(chǎn)與成本的平衡點(diǎn)，規(guī)定純電動(dòng)車滿足底盤合裝，使產(chǎn)品數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)與工裝設(shè)備開(kāi)發(fā)達(dá)到成本最優(yōu)；

（2）根據(jù)公司特色及現(xiàn)有車型規(guī)劃，制定獨(dú)有的底盤合裝工藝需求，盡量做到定位及螺栓安裝一致，如不滿足則需完全按照≥56mm的間隙錯(cuò)開(kāi)，實(shí)現(xiàn)不同車型的混性生產(chǎn)；各車型定位孔應(yīng)保持一致，且與車身定位孔保持一致，提升合裝精度；

（3）做好的工裝預(yù)留，底盤吊具開(kāi)發(fā)Z向可升降、X/Y向調(diào)節(jié)的功能，可以滿足不同車寬及軸距車型的混線生產(chǎn)；前副車架、電池、后橋的前中后托盤，各車型前副車架統(tǒng)一固定定位銷，電池同平臺(tái)共用銷，不同平臺(tái)盡量共用，如不滿足采用放倒銷，托盤根據(jù)不同軸距車型做系列化調(diào)整；

（4）同一車型可在不同生產(chǎn)線快速切換生產(chǎn)，即同時(shí)滿足底盤整體合裝及傳統(tǒng)線的分體式舉升裝配。

6.2 效益及推廣應(yīng)用

（1）該底盤合裝方案應(yīng)用更靈活，針對(duì)不同大小的純電車，通過(guò)產(chǎn)品及合裝工裝的獨(dú)特設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)各車型的高柔性生產(chǎn)；

（2）規(guī)范底盤合裝需求，實(shí)現(xiàn)托盤的兼容設(shè)計(jì)，單個(gè)平臺(tái)車型預(yù)計(jì)可節(jié)約成本779萬(wàn)；

（3）提升底盤合裝精度，推動(dòng)前副車架定位孔與車身定位孔一致，提升車身定位精度；要求各車型副車架零件在托盤定位相對(duì)距離保持一致，因此前托盤到車身定位銷、零件到托盤定位銷均為固定銷，精度可從φ1.6提升至φ0.4；

（4）可快速實(shí)現(xiàn)同一車型在不同生產(chǎn)的轉(zhuǎn)移及投產(chǎn)，提升導(dǎo)入效率，節(jié)約改造成本。

7 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了各純電車在底盤整體合裝時(shí)，如何最大程度實(shí)現(xiàn)低成本的柔性生產(chǎn)，并提到了在合裝工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，針對(duì)問(wèn)題做出應(yīng)對(duì)方案。汽車底盤整體合裝的目的是提升整車性能，在底盤整體合裝工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中，工藝需求對(duì)產(chǎn)品的約束至關(guān)重要，希望讀者通過(guò)閱讀本文，能夠了解到柔性底盤合裝的開(kāi)發(fā)思路，在實(shí)際應(yīng)用上有一定的幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)星，楊建，許寶強(qiáng)，等.汽車總裝整體式自動(dòng)合裝工藝規(guī)劃要點(diǎn)[J].汽車工程師， 2018（12）：92-94.

[2]胡振華，吳良勇，朱彥，等．總裝合裝系統(tǒng)輸送形式初步探討[J]．裝配維修技術(shù)，2011（3）：11—14．