浅谈新能源纯电车型柔性生产的底盘合装方法

蒋常林　刘桂永　苏晓宇

摘 要：文章简单介绍了汽车底盘整体合装的目的及当前现状，提出了一种适合各车型柔性生产的底盘合装方法。针对底盘整体合装有可能出现的主要问题做了说明，并且对各车型高柔性生产时出现的问题给出了相应的应对措施。文中提出了底盘整体合装的工艺需求内容，用于约束产品的设计开发，并配合工艺布局、工装设备的前期规划，最终实现低成本、高柔性的精益生产。

关键词：纯电车 底盘整体合装 柔性 精益生产

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

汽车底盘零件是整车的核心部件，对于新能源纯电车，其副车架、后桥、动力电池、驱动电机、高压线束等装配质量至关重要。底盘零件的整体合装能提升整车驾驶性能，但是底盘合装工艺是总装装配过程中最为复杂的一个工序，对车身精度、零部件精度，托盘精度和定位系统要求也比较高。本文针对不同新能源纯电车型在同一生产线柔性生产时，需要对产品提出相关的制造需求对产品进行设计约束，并对出现的问题制定了应对措施及建议。

2 背景

2.1底盘整体合装概述

纯电动汽车的底盘整体合装是将底盘模块装配到车身过程，而底盘模块是指在所有零件定位和装配到专用定位夹具上后，利用底盘合装线装配设备一次性将前后悬架总成/电池总成整体安装到车辆底部的总成模块[1]，底盘模块示意图见图1。由于底盘总成的连接件都是整车最重要的紧固件，精确定位和有效装配关系到整车的行驶性能和安全性，是装配规划、生产控制、质量控制的重点，因此底盘整体合装的制造工艺门槛会相对较高。

2.2现状分析

目前汽车行业内底盘整体合装在工装开发及工艺布局方面已经较为成熟，为了减少工装开发成本，一般都会基于同平台或者车型结构类似的车型共线生产，对于不同的车型结构，很少会将其混线生产。虽然底盘合装技术目前行业类已很成熟，但是底盘合装工位相比传统底盘举升工位建设投资成本高，并且对于车身、零件精度的要求也比传统线高。

3 主要存在问题

在进行底盘合装工艺开发及多车型柔性生产的过程中，一般会出现如下几个问题：

（1）现有底盘合装技术对于车型要求比较严苛，要求同平台车型或者结构类似的车型，否则工装成本过高。

（2）由于前期公司规划以及制造策略的问题，对于未规划上底盘合装的车型，在产品数据上未做底盘合装的预留，后续随着市场的需求或者公司策略的变化，其车型需要上底盘合装，则会导致产品由于数据更改及模具等更改增加投资成本，并且更改周期长，不能快速投產。

（3）底盘合装工位的布局、工装设备等开发未全面考虑所有车型的特殊差异性，在前期设计及建设时未能做工装预留，导致后续上新车型，改造大成本高，且影响生产线正常运行。

（4）底盘合装工艺需求未量化明确或制造立场不坚定，吊具定位不一致，前后副车架及电池定位不一致，导致产品上线后，工装难兼容，托盘、吊具等的改造成本高，见图2。

（5）底盘合装产线投资成本较高，合装产线与传统产线同时存在，根据市场需求，有可能同一车型将同时在不同的生产线生产，由于前期规划未统筹考虑，同一车型较难同时满足两种产线的装配。

4 应对方案

针对以上可能会出现的问题，制定相应的措施方案，确保低成本、高柔性的精益化生产。

（1）制定底盘合装车型的大策略，找到产品生产与成本的平衡点，规定其：新能源EV车型上底盘合装，PHEV、HEV及燃油车不上此底盘合装线，避免发动机、排气系统的差异导致合装托盘难以兼容，如上图3。

（2）基于上述的大策略，PE（产品工程师）按照ME（工艺工程师）的工艺需求，对新开发的EV车型做底盘合装的产品数据，对于勉强能实现底盘合装的车型，无成本的需求产品做数据开发，成本增加较高的需求，PE做数据预留，根据后续市场需求或公司策略再做产品更改。

（3）底盘合装工位的布局、工装设备等开发需全面考虑各车型的差异性，做好工装设备的预留，后续一旦车型上线，则可快速满足生产需求。首先考虑的是吊具的兼容性，于各平台的车型长宽有差异，因此吊具需要做好各车型定位的预留，满足X/Y方向的可调，见图4。然后就是底盘合装的工装托盘，托盘的大小、滑移长度及各支撑的位置需等要综合各车型做好预留。合装托盘的精度要求较高，托盘表面平面度达到±0.2mm，托盘装配后的整体精度需要控制在±0.35mm之内，部分关键销的精度需要在±0.15 mm之内。装配后各托盘需要逐个上三坐标检测调整[2]。

（4）ME需定义好底盘合装工艺需求清单，提出的工艺需求要求量化，并在数据开发前期输入到项目，由专人负责跟踪推进。

（5）ME做数据虚拟评审时，既要校核底盘合装也要校核底盘分体式举升装配，两种方式若共同满足问题基本出现在高压线束上。

问题：按照电机、电池、底盘等零件一体举升后，前驱MCU（电机控制器）高压线束需要先布装在车身上后，而举升后前驱MCU高压线束因布置问题被前舱的蓄电池托盘等零件挡住导致无法装配。

应对方案：

方案一：将高压线束需打断增加过线盒，即将副车架总成、动力电池和后桥合装拧紧后，此时托盘已分离，利用副车架和电池间的间隙完成线束的连接。

优点：各产线均能满足装配。

缺点：成本略高，增加过线盒，性能稳定性会受点影响。

方案二：将高压线束布置在电池上方，见图5，在分装工位将线束布置在电池上，并将所有的线束接口完成连接，此时副车架、电池、后桥以及高压线束完成一起举升装配及拧紧。

优点：成本相对较低。

缺点：只满足底盘合装线的生产，传统线无法装配。

5 整体合装工艺需求

为满足各新能源纯电车型柔性的整体合装及拧紧，需要对产品进行设计约束，利于整体合装的前、中、后托盘兼容，见图6，具体的工艺需求主要包含以下几个方面：

吊具定位：

（1）吊具与车身定位孔，四个定位孔的Z向高度差值为0；

（2）前定位孔用Y593孔定位，同架构后定位孔YZ位置一致，X向可调，不同架构后定位孔Y向尽量一致，X向可调；

（3）不同架构车型吊具前定位孔与长圆孔Y520 XYZ方向位置一致；

（4）吊具前定位孔直径大小φ20，后定位孔直径φ25，后续有机会建议统一为φ25。

前托盘定位：

（1）前副车架合装托盘与车身的定位孔（Y520孔），左右1组不能被零件遮挡；

（2）定位孔与吊具前定位孔X、Y向距离一致；

（3）定位孔径大小φ20。

中托盘定位：

（1）动力电池与托盘定位至少需要1组定位孔，每组定位孔分布在电池左右两侧，定位销同时穿过电池和车身，满足1销穿两孔；

（2）左侧圆孔孔径Φ16，右侧长圆孔孔径16*22（Y向）；

（3）不同动力电池，对应位置的定位孔在Y方向、X向位置相对于吊具前定位孔位置保持一致。

后托盤定位：

（1）后副车架合装托盘与车身的定位孔，左右1组不能被零件遮挡；

（2）托盘后部车身定位孔与后桥定位孔X向距离一致；

（3）定位孔径大小φ20。

压紧车身：

为保证底盘合装压缩弹簧装配压住车身，需在左右后大梁处各开一个压车身的方孔。

（1）方孔大小：25*25mm，Y向大梁内腔空间大于23mm；

（2）单边压力强度需满足后桥螺旋弹簧的空载状态的压缩力*1.25；

（3）开孔位置要求：距离孔周边20mm范围内无东西遮挡（如开孔在侧围内，侧围与大梁Y间距大于150mm）；

副车架定位：

（1）前副车架与托盘定位需要两个定位孔四个支撑面，与托盘主定位孔（Y520）X向中心距142mm，Y向中心距265mm；

（2）前副车架安装孔与定位孔相对位置固定；

（3）零件定位孔：Φ16。

后桥定位：

（1）后桥与托盘定位需要两个定位孔四个支撑面，且位置相对于托盘后定位孔尺寸保持一致；

（2）后桥安装孔与零件定位孔相对位置固定；

（3）零件定位孔：Φ14。

自动拧紧：

（1）安装螺栓要求为m -piont导向螺栓，且为Z向拧紧；

（2）不同车型共线生产，为满足托盘兼容，对应安装孔需要重合，否则安装孔距≥56mm。

6 创新分析及推广

6.1 合装方案创新分析

高柔性底盘合装方案相对于现有行业上的合装方案主要有4个方面的创新：

（1）制定底盘合装车型与数据策略，找到产品生产与成本的平衡点，规定纯电动车满足底盘合装，使产品数据开发与工装设备开发达到成本最优；

（2）根据公司特色及现有车型规划，制定独有的底盘合装工艺需求，尽量做到定位及螺栓安装一致，如不满足则需完全按照≥56mm的间隙错开，实现不同车型的混性生产；各车型定位孔应保持一致，且与车身定位孔保持一致，提升合装精度；

（3）做好的工装预留，底盘吊具开发Z向可升降、X/Y向调节的功能，可以满足不同车宽及轴距车型的混线生产；前副车架、电池、后桥的前中后托盘，各车型前副车架统一固定定位销，电池同平台共用销，不同平台尽量共用，如不满足采用放倒销，托盘根据不同轴距车型做系列化调整；

（4）同一车型可在不同生产线快速切换生产，即同时满足底盘整体合装及传统线的分体式举升装配。

6.2 效益及推广应用

（1）该底盘合装方案应用更灵活，针对不同大小的纯电车，通过产品及合装工装的独特设计来实现各车型的高柔性生产；

（2）规范底盘合装需求，实现托盘的兼容设计，单个平台车型预计可节约成本779万；

（3）提升底盘合装精度，推动前副车架定位孔与车身定位孔一致，提升车身定位精度；要求各车型副车架零件在托盘定位相对距离保持一致，因此前托盘到车身定位销、零件到托盘定位销均为固定销，精度可从φ1.6提升至φ0.4；

（4）可快速实现同一车型在不同生产的转移及投产，提升导入效率，节约改造成本。

7 结语

本文介绍了各纯电车在底盘整体合装时，如何最大程度实现低成本的柔性生产，并提到了在合装工艺开发过程中可能出现的问题，针对问题做出应对方案。汽车底盘整体合装的目的是提升整车性能，在底盘整体合装工艺开发过程中，工艺需求对产品的约束至关重要，希望读者通过阅读本文，能够了解到柔性底盘合装的开发思路，在实际应用上有一定的帮助。

参考文献：

[1]严星，杨建，许宝强，等.汽车总装整体式自动合装工艺规划要点[J].汽车工程师， 2018（12）：92-94.

[2]胡振华，吴良勇，朱彦，等．总装合装系统输送形式初步探讨[J]．装配维修技术，2011（3）：11—14．