淺談純電動汽車總裝底盤合裝的同步工程應用

鐘小劍　劉成　沈曉春　劉根根

摘 要：純電動汽車的底盤合裝繼承了傳統(tǒng)車型的高度集成化和復雜度的特點，本文結合實際項目經(jīng)驗和研究主流純電動汽車底盤結構，重點通過純電動汽車前懸?guī)恿偝珊涎b工藝進行SE分析，用以闡述總裝SE在純電動汽車產(chǎn)品開發(fā)中的應用知識。

關鍵詞：純電動汽車;同步工程;底盤合裝

1 引言

當前我國純電動汽車發(fā)展突飛猛進，行業(yè)競爭日益激烈，為達到更短的周期、更低的成本、更優(yōu)競爭力的產(chǎn)品，必須保證新品研發(fā)各子系統(tǒng)協(xié)同工作，盡早把問題暴露在設計階段。本文通過某車企的純電動汽車新產(chǎn)品研發(fā)過程中的底盤合裝為例，結合實際的生產(chǎn)線情況，進行虛擬裝配和尺寸鏈分析，論述了總裝同步工程的分析要點及其運用。

2 同步工程的基本概念

同步工程（SE，Simultaneous Engineering or Synchronization Engineering），又稱并行工程：“對整個產(chǎn)品開發(fā)過程產(chǎn)品的各個子系統(tǒng)同步開發(fā)，產(chǎn)品與工藝、工裝的開發(fā)，產(chǎn)品與質(zhì)量目標同步規(guī)劃，是開發(fā)者從概念開始就考慮其他子系統(tǒng)的接口和需求，考慮后續(xù)工藝和工裝的水平和能力，考慮質(zhì)量目標的實現(xiàn)要求，即開發(fā)時就考慮到整車產(chǎn)品生命周期內(nèi)的所有因素的一種系統(tǒng)方法?！盵1]SE同步工程的應用可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低開發(fā)成本，縮短開發(fā)周期。

3 純電動汽車總裝底盤合裝工藝簡述

3.1 純電動汽車底盤模塊構造

純電動汽車的底盤模塊主要由三大部分組成：前懸總成帶動力總成部件、電池包總成和后懸總成。其中前懸總成帶動力總成部件結構最為復雜，這也是本文的主要研究對象，某車企的純電動汽車的前懸總成帶動力總成如下圖1所示：

3.2 純電動汽車底盤合裝工藝

純電動汽車的底盤合裝是指將上述三大部分用托盤輸送至合裝工位，通過托盤夾具被舉升，或者承載車身的吊具下降，完成底盤總成件與車身結合的工藝過程，底盤合裝輸送通常有4種方式：AGV小車、RGV臺車、滾床滑橇、可升降摩擦滑板。以AGV小車為例，其主要步驟：底盤部件總成輸送至底盤線合裝工位→AGV小車舉升→底盤與車身結合→擰緊→AGV駛出合裝工位。

4 純電動汽車底盤合裝策略分析

開展總裝同步工程工作中，產(chǎn)品設計和工藝設計要同步進行，兩者都不可偏廢。新車型的底盤部件結構和布置，關系到現(xiàn)有的生產(chǎn)條件是否能實現(xiàn)生產(chǎn)，所以，新車型共線共設備生產(chǎn)策略是產(chǎn)品開發(fā)階段必須遵循的原則，

某車企產(chǎn)線采用的是一臺雙舉升AGV、一臺單舉升AGV布置結構，這就要求底盤模塊之間的合裝邏輯應與現(xiàn)生產(chǎn)線一致，前懸總成帶高壓動力部件和后懸總成兩個模塊在同一臺雙舉升AGV小車上完成合裝后，電池包總成在下一臺單舉升AGV小車上進行合裝。然后以現(xiàn)有設備數(shù)據(jù)為基礎，在不更改設備或者局部改制的情況下實現(xiàn)共線生產(chǎn)，主要考慮以下幾個方面：

①前副車架托盤工裝上的定位和支撐方式;②動力總成在托盤工裝上的定位和支撐方式;③合裝托盤工裝與車身的定位關系;④雙舉升AGV的軸距變化范圍與新車型的軸距關系是否匹配，一般雙舉升AGV的伸縮行程范圍都大于車輛的軸距。

5 純電動汽車底盤合裝虛擬驗證

在設計階段，運用CATIA 軟件中DMU 裝配模塊進行零部件虛擬拆裝分析、工具使用方便性及運動件布置合理性分析，可以及時發(fā)現(xiàn)設計及裝配問題，及時修改數(shù)據(jù)，有效提高實車試制時的裝配效率，降低研發(fā)風險，減少設計變更成本。[2]對于底盤合裝過程虛擬驗證可以在設計前期充分驗證合裝裝配的合理性。

5.1 底盤合裝裝配可行性校核

5.1.1 裝配通過性校核

純電動汽車的底盤合裝通過性校核主要是分析AGV進入合裝工位后，從舉升到擰緊完，這整個過程中，底盤總成件相對車身的運動軌跡是否可行、邊界匹配間隙是否合理，基于CATIA的DMU模塊，生成前懸?guī)恿偝傻暮涎b工藝路徑，生成運動軌跡間隙報告，如圖2。如果發(fā)現(xiàn)裝配運動間隙不符合裝配間隙要求（≥20mm）則需要修改零部件數(shù)模或者修改裝配流程。

5.1.2 工具空間校核

工具空間校核主要是分析底盤合裝在AGV舉升完后，擰緊總成件與車身連接的安裝點，根據(jù)設計力矩，利用現(xiàn)場的工具數(shù)據(jù)，模擬實際裝配手法，分析打緊螺栓是否有足夠的裝配空間，如圖3。前副車架與車身縱梁的連接點工具與橫向穩(wěn)定桿的最小間距為0.314mm，工具使用基本干涉，通過更改橫向穩(wěn)定桿的X向位置，保證與接桿的間隙達到5mm以上。

5.1.3 人機工程校核

員工在高工位裝配零部件時，需對手臂操作空間可達性進行校核，避免員工勉強作業(yè)或者增加不必要的塌臺，要求最高操作距離≤1900mm。對于合裝工位部分螺栓的安裝位置容易超出人眼可視范圍，兩眼焦點區(qū)域，分析員工裝配時裝配位置是否可見，避免員工盲裝作業(yè)，需要人員仰視作業(yè)，頭的仰視角度需≤30°仰視角度過高容易造成操作員頸部疲勞、頸椎增生，如圖4所示，人機在可接受范圍內(nèi)。

5.2 底盤合裝裝配尺寸鏈校核

尺寸精度關系到產(chǎn)品的最終質(zhì)量，在產(chǎn)品開發(fā)階段，運用三維公差分析軟件（3DCS、VSA等）對許多復雜的零部件進行公差累積分析，評價可裝配性和可制造性。[4]底盤合裝的動力總成與車身懸置偏孔量直接影響到合裝難度，以某純電動汽車的前懸?guī)恿偝珊涎b基于VSA三維軟件進行公差分析，根據(jù)前面裝配策略分析、定位要求，基于給定公差模擬出各種影響因素，一般選取5000次樣本的模擬分析，輸出分析結果，如圖5。

由圖5可知，懸置安裝孔與動力框架螺栓X向相對差為±3.35，裝配時有3.35mm的干涉，懸置安裝孔與動力框架螺栓Y向相對差為±2.87，裝配時有2.87mm的干涉，存在合裝過程干涉。在不影響產(chǎn)品性能的前提下（安裝螺桿為M12），通過改變左右懸置的安裝開孔（如上圖），吸收X和Y向誤差，并同時更改懸置孔底部設計成臺階孔，提高合裝過程的動力總成與車身自動對中。

6 結語

根據(jù)對某款純電動汽車的底盤合裝過程的同步工程分析運用進行了總結和詳細解析，并給廣大讀者提供了關于總裝SE分析的思路和主要的活動內(nèi)容。在新車型的設計階段，通過結合實際的生產(chǎn)線情況，進行虛擬裝配和尺寸分析，可以有效降低研發(fā)風險，減少設計和工藝變更成本。

參考文獻：

[1]高獻奎.總裝同步工程在產(chǎn)品開發(fā)中的應用[D].湖南大學，2014.

[2]黃書珍.基于CATIA的虛擬裝配方法及應用[J].汽車實用技術，2019，（9）：121-124.

[3]劉德柱，王海，郭永奇.基于VisVSA的底盤公差分析方法研究[J].汽車實用技術，2019，（7）：89-92.

[4]王廣慶，馬鐵利，李斌.總裝底盤合裝工位SE 分析的要點[J].汽車工藝與材料， 2018，（1）：22-26.