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基于純電動(dòng)汽車(chē)平臺(tái)的總裝底盤(pán)整體式合裝工藝設(shè)計(jì)

2020-10-24 22:31:22·  來(lái)源：電動(dòng)學(xué)堂  
　
文章來(lái)源：廣州寶能汽車(chē)有限公司DOI：10.19710/J.cnki.1003-8817.202003311前言車(chē)輛底盤(pán)模塊是整車(chē)價(jià)值最高的部分，對(duì)于車(chē)輛底盤(pán)模塊的裝配工藝體現(xiàn)出主機(jī)廠的制
文章來(lái)源：廣州寶能汽車(chē)有限公司
DOI：10.19710/J.cnki.1003-8817.20200331
 
1前言
車(chē)輛底盤(pán)模塊是整車(chē)價(jià)值最高的部分，對(duì)于車(chē)輛底盤(pán)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(chē)總裝工藝最為復(fù)雜的一個(gè)工序，底盤(pán)前后懸等部件與車(chē)身完成“結(jié)合”與“裝配”過(guò)程。整體式合裝對(duì)車(chē)身精度、零部件精度、托盤(pán)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。從產(chǎn)品裝配工藝、底盤(pán)托盤(pán)夾具、設(shè)備布局、滿(mǎn)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(chē)底盤(pán)模塊的整體式靜止合車(chē)裝配概念要點(diǎn)做系統(tǒng)闡述。
 
2底盤(pán)整體式合車(chē)系統(tǒng)概述
純電平臺(tái)底盤(pán)模塊（FahrwerkModule）包括車(chē)輛最大的預(yù)裝模塊以及最重要的底盤(pán)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(zhuān)用定位夾具上后，利用底盤(pán)合裝線(xiàn)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(chē)輛底部的總成模塊。同時(shí)規(guī)范底盤(pán)裝配工藝流程，整合底盤(pán)模塊的RPS工藝定位基準(zhǔn)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化托盤(pán)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(pán)模塊裝配理念是動(dòng)力總成、電池總成和所有底盤(pán)零件全部采用在定位夾具上銷(xiāo)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(pán)合裝工位，底盤(pán)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(chē)身結(jié)合，定位夾具前后的主定位銷(xiāo)與車(chē)身定位孔結(jié)合，確保所有底盤(pán)裝配零件與車(chē)身螺孔的精確配合和連接，一次性把底盤(pán)模塊的所有零件裝配到車(chē)身上。由于底盤(pán)總成的連接件都是整車(chē)最重要的緊固件，精確定位和有效裝配關(guān)系到整車(chē)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(pán)合裝線(xiàn)也是車(chē)間重點(diǎn)設(shè)備控制點(diǎn)，它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)總裝車(chē)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(méi)有應(yīng)急方案，所以底盤(pán)模塊設(shè)備的可靠性也是設(shè)備規(guī)劃的重點(diǎn)。
2.1標(biāo)準(zhǔn)的底盤(pán)合裝方案
a.底盤(pán)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)。
b.在帶有合攏、分離舉升功能、抬高的輸送線(xiàn)上進(jìn)行底盤(pán)安裝，底盤(pán)安裝過(guò)程中由托盤(pán)夾具帶動(dòng)車(chē)身吊架。
c.規(guī)范合車(chē)節(jié)拍標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)工廠產(chǎn)能規(guī)劃選擇1min節(jié)拍和2min2種。根據(jù)投資成本匹配高人工和低人工2種標(biāo)準(zhǔn)。
d.帶有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的托盤(pán)夾具。
2.2標(biāo)準(zhǔn)化合裝方案對(duì)產(chǎn)品的約束
a.垂直進(jìn)行合攏和分離；
b.零件與車(chē)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。
3整體合車(chē)定位方案/共線(xiàn)約束要求
底盤(pán)預(yù)裝輸送線(xiàn)將預(yù)裝好的底盤(pán)零件運(yùn)送至主線(xiàn)合裝工位，在舉升系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下將底盤(pán)零件與主線(xiàn)車(chē)身相結(jié)合。通過(guò)預(yù)裝托盤(pán)上的定位銷(xiāo)與車(chē)身對(duì)應(yīng)定位孔相匹配，保證底盤(pán)零件與車(chē)身相結(jié)合時(shí)位置準(zhǔn)確。為了將合車(chē)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(chē)的定位系統(tǒng)，才能確保順暢合車(chē)，滿(mǎn)足自動(dòng)化合車(chē)及擰緊需求，降低后續(xù)在車(chē)型中投入的大量設(shè)備改造成本。
參考圖3所示，確保平臺(tái)化的合車(chē)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(chē)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。
 
a.P1、P6作為合車(chē)主定位銷(xiāo)、平臺(tái)化架構(gòu)最重要的工藝約束限制產(chǎn)品開(kāi)發(fā)；
b.P2.1、P5.1為Φ30mm圓孔，作為總裝輸送系統(tǒng)的定位支撐，車(chē)身存儲(chǔ)線(xiàn)、內(nèi)飾線(xiàn)、底盤(pán)西線(xiàn)都共用這定位孔，確保總裝輸送系統(tǒng)支撐保持一致性；
c.重心在P3/P4之間，且距離P3/P4大于100mm；
d.后續(xù)平臺(tái)化車(chē)型開(kāi)發(fā)，必須沿用以上工藝制造約束。
4模塊化托盤(pán)結(jié)構(gòu)方案
4.1模塊化托盤(pán)方案
見(jiàn)圖4所示，標(biāo)準(zhǔn)化托盤(pán)夾具方案主要由托盤(pán)框架、前托盤(pán)、中托盤(pán)、后托盤(pán)構(gòu)成，對(duì)于混線(xiàn)車(chē)型生產(chǎn)需要，一種方案是通過(guò)變換支撐點(diǎn)，可混裝2種以上車(chē)型；另外一種方案是通過(guò)建立托盤(pán)庫(kù)，從儲(chǔ)存區(qū)調(diào)換托盤(pán)，實(shí)現(xiàn)多車(chē)型柔性生產(chǎn)。模塊化托盤(pán)方案如下。
 
a.模塊化托盤(pán)可分為前托盤(pán)、中托盤(pán)、后托盤(pán)；
b.部分托盤(pán)通過(guò)大框架進(jìn)行定位；
c.中托盤(pán)、后托盤(pán)可切換為四驅(qū)托盤(pán)；
d.前托盤(pán)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(pán)可X方向進(jìn)行調(diào)節(jié)，匹配不同軸距；
f.通過(guò)調(diào)換前中后托盤(pán)實(shí)現(xiàn)不同車(chē)型的柔性生產(chǎn)；
標(biāo)準(zhǔn)化模塊托盤(pán)，具備以下優(yōu)點(diǎn)。
a.車(chē)型對(duì)應(yīng)托盤(pán)只需要一次設(shè)計(jì)；
b.所有品牌同類(lèi)型車(chē)型托盤(pán)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(hù)；
d.生產(chǎn)柔性提高；
4.2合裝托盤(pán)各組件的功能
各合裝托盤(pán)主要功能和模塊化如下（表1）。
 
a.托盤(pán)主框架，定位車(chē)身與托盤(pán)夾具，承載所有子托盤(pán)和底盤(pán)件，適配合裝輸送線(xiàn)、底盤(pán)一線(xiàn)、合裝站；
b.前托盤(pán)，承載前端冷卻模塊、前懸總成（電機(jī)總成、前副車(chē)架、前懸架、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、前制動(dòng)器等）；
c.總托盤(pán)，承載電池總成、高壓線(xiàn)束、制動(dòng)管等；
d.后托盤(pán)，承載后懸總成、后驅(qū)動(dòng)電機(jī)總成、后副車(chē)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(pán)集成前后懸，集成度最高的幾乎集成所有底盤(pán)件，集成度越高，難度越大。
4.3大托盤(pán)框架
標(biāo)準(zhǔn)化大托盤(pán)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(pán)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(chē)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(xiāo)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(jué)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(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)托盤(pán)軌道寬度，可保證螺栓打緊點(diǎn)和敲緊點(diǎn)避開(kāi)大托盤(pán)框架，從而減少工廠設(shè)備上的投資，同時(shí)減少生產(chǎn)過(guò)程成本。如圖6所示，前期底盤(pán)模塊開(kāi)發(fā)過(guò)程中，一定要避免前后副車(chē)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(pán)框架產(chǎn)生干涉，這個(gè)是工藝硬點(diǎn)約束，需要底盤(pán)產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)之初做好預(yù)防。
 
4.4前/中/后托盤(pán)
前/中/后托盤(pán)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(pán)主RPS定位銷(xiāo)設(shè)計(jì)在前橋上，保留了不同間距主定位銷(xiāo)在同一底盤(pán)模塊混產(chǎn)的可能性。
c.中托盤(pán)主要支撐電池總成，合裝精度要求不高，通過(guò)變換定位銷(xiāo)來(lái)滿(mǎn)足多車(chē)型共線(xiàn)，減少中托盤(pán)種類(lèi)。
5合車(chē)站
托盤(pán)承載底盤(pán)件和吊具承載車(chē)身進(jìn)入合車(chē)站后，分別對(duì)托盤(pán)和吊具進(jìn)行定位，由剪式舉升機(jī)舉升托盤(pán)，或吊具下降完成底盤(pán)與車(chē)身“結(jié)合”的過(guò)程。合車(chē)過(guò)程中，底盤(pán)和車(chē)身主要是Z向運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于輸送線(xiàn)是靜止的。
如圖7所示:
 
底盤(pán)滿(mǎn)托板與空車(chē)身同時(shí)進(jìn)入合裝工位后，托板夾具由定位銷(xiāo)定位，后橋夾具掛鉤由氣缸確認(rèn)打開(kāi)，液壓剪式升降機(jī)帶動(dòng)滿(mǎn)托板快速上升；同時(shí)吊架底部定位銷(xiāo)銷(xiāo)住吊架，車(chē)身后部掛鉤旋入車(chē)身后縱梁孔，并由氣缸推動(dòng)下壓住車(chē)身，防止后彈簧在合裝過(guò)程中把車(chē)身頂起。在系統(tǒng)確認(rèn)后部掛鉤已壓住車(chē)身后，升降機(jī)繼續(xù)慢速上升，底盤(pán)托板前后端RPS定位銷(xiāo)首先進(jìn)入車(chē)身定位孔，待底盤(pán)零件與車(chē)身底部接觸后，升降機(jī)繼續(xù)推動(dòng)托板向上10mm,使車(chē)身吊點(diǎn)向上浮動(dòng)10mm,確保底盤(pán)零件與車(chē)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(chē)身，車(chē)身后部掛鉤和吊架底部定位銷(xiāo)由汽缸打開(kāi)，滿(mǎn)托板由托板底部鏈條帶動(dòng)車(chē)身和吊具一起離開(kāi)液壓升降臺(tái)。
6自動(dòng)化擰緊站
合車(chē)站完成車(chē)身與底盤(pán)結(jié)合，后進(jìn)入擰緊的部分。車(chē)身底部規(guī)劃為底盤(pán)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(pán)螺栓自動(dòng)化擰緊設(shè)計(jì)方案中，主要對(duì)前副車(chē)架、電池總成、后副車(chē)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(chē)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(xiàn)方向重合。
d.后部2根擰緊軸打緊后橋副車(chē)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(pán)合裝工藝通過(guò)預(yù)裝托盤(pán)上的定位銷(xiāo)與車(chē)身對(duì)應(yīng)定位孔相匹配，保證底盤(pán)零件與車(chē)身相結(jié)合時(shí)的位置準(zhǔn)確，滿(mǎn)足自動(dòng)化合裝及自動(dòng)化擰緊工藝需求。
底盤(pán)夾具的車(chē)身定位方案需按照車(chē)身底部定位系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。參考下圖10所示。
 
a.托盤(pán)大框架為3點(diǎn)定位，后橋托盤(pán)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(chē)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(pán)與托盤(pán)框架為不可浮動(dòng)配合。為保證定位精度，托盤(pán)框架主定位銷(xiāo)n24.8mm配合托盤(pán)定位孔n25mm。
d.車(chē)身底板定位銷(xiāo)孔沿用整車(chē)白車(chē)身焊裝總拼定位孔。為保證定位精度，托盤(pán)定位孔定位銷(xiāo)n24.8mm配合車(chē)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(guò)孔方案，過(guò)孔量大小根據(jù)尺寸鏈計(jì)算結(jié)果來(lái)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(lái)定義位置度精度范圍。
  
8結(jié)束語(yǔ)
汽車(chē)傳統(tǒng)車(chē)企向著未來(lái)出行服務(wù)商轉(zhuǎn)變，未來(lái)出行生態(tài)方向預(yù)示著汽車(chē)行業(yè)正迎來(lái)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(chē)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(xiāo)過(guò)萬(wàn)的爆款都對(duì)車(chē)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(chē)型一定是新能源汽車(chē)廠商存亡與發(fā)展的關(guān)鍵。底盤(pán)合裝工藝是總裝車(chē)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(chē)型平臺(tái)下的底盤(pán)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。
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