汽車底盤模塊化裝配工藝分析

畢建瑋

（廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院）

隨著國內(nèi)汽車消費市場的不斷發(fā)展，國內(nèi)自主研發(fā)車型的設(shè)計水平、裝配工藝水平也在不斷提高。優(yōu)秀的底盤模塊化設(shè)計將在整車降本、生產(chǎn)效率提升、減少設(shè)備改造成本等方面帶來巨大效益。目前國內(nèi)合資企業(yè)中，底盤模塊集成度較高者已集成了動力總成、后懸、制動管路、排氣管、加油管、換擋等機構(gòu)，集成度偏低者一般可集成動力總成及后懸，并且國內(nèi)自主品牌車企在汽車底盤的設(shè)計上也有進一步提升后續(xù)模塊化合車水平的趨勢。在以往的汽車底盤研發(fā)流程中，通常是前期設(shè)計方案決定了后期的工藝方案，因此，導致底盤合裝的工藝方案受到了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的約束，部分底盤零部件無法實現(xiàn)模塊化的整體合裝，降低了底盤零部件的裝配效率。文章通過對底盤結(jié)構(gòu)的解析，梳理出實現(xiàn)底盤零部件模塊化裝配所需的關(guān)鍵設(shè)計要素，并同步開展后續(xù)工藝方案的規(guī)劃（主要為底盤合車臺板上的結(jié)構(gòu)設(shè)計），從而為后續(xù)車型導入階段能夠?qū)崿F(xiàn)底盤模塊化裝配及合車提供了參考。

1 底盤各系統(tǒng)模塊化裝配的設(shè)計約束及工藝方案

1.1 動力總成

1.1.1 設(shè)計約束

動力總成的支撐與定位與發(fā)動機本身的平臺化設(shè)計相關(guān)，同平臺機型一般采用相同的支撐和定位設(shè)計，圖1 示出汽車底盤動力總成的支撐與定位設(shè)計。從圖1可以看出，以車身在吊具的物流孔位置為基準，動力總成的支撐、定位點與物流孔的相對位置保持一致，同時動力總成臺板預留滑動功能，實現(xiàn)不同軸距車型的共線需求[1]。前副車架上需預留定位孔，用于副車架與臺板的定位。

圖1 汽車底盤動力總成的支撐與定位設(shè)計示意圖

同時車身上預留定位孔，用于臺板與車身的定位。一般情況下，前副車架的定位孔與車身的定位孔難以在X，Y 向保持一致，需采用兩銷兩孔方式。但共線車型的副車架定位孔、車身定位孔相對于車身物流孔的位置應(yīng)盡量保持一致，避免臺板重復改造，圖2 示出汽車底盤動力總成合車的孔位約束。

圖2 汽車底盤動力總成合車的孔位約束示意圖

1.1.2 工藝方案

動力總成在合車臺板上的關(guān)鍵是定位，其中包括發(fā)動機、前副車架的定位，圖3 示出汽車底盤動力總成在合車臺板上的定位。臺板與車身的定位方面，若車身定位孔與副車架在臺板定位孔的X，Y 向坐標一致，可采用一銷兩孔方式定位，若車身定位孔與副車架在臺板定位孔的X，Y 向坐標不一致，需在臺板上增加1 組定位銷與車身進行定位。

圖3 汽車底盤動力總成在合車臺板上的定位示意圖

1.2 排氣管

1.2.1 設(shè)計約束

由于同平臺車型軸距可能不同、下車體布置方案也不盡相同，通常排氣管跨車型沿用的情況不多，需在工藝上予以應(yīng)對。

1.2.2 工藝方案

可在臺板選擇局部位置作為支撐點，采用可扳倒的仿形支撐，如圖4 所示，以解決不同車型共線時的排氣管支撐問題。圖5 示出汽車底盤排氣管在合車臺板上的支撐。此類支撐結(jié)構(gòu)簡單，有助于實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，提升了工裝設(shè)備的切換效率[2]。

圖4 汽車底盤扳倒銷在支撐排氣管上的應(yīng)用示意圖

圖5 汽車底盤排氣管在合車臺板上的支撐示意圖

1.3 后懸

1.3.1 設(shè)計約束

后懸結(jié)構(gòu)以扭力梁和多連桿這2 種結(jié)構(gòu)形式居多。對于扭力梁結(jié)構(gòu)，一般在扭力梁安裝支架上預留定位孔，用于支架在臺板上的定位（安裝支架在后懸分裝線先分裝到扭力梁上），同時在車身預留定位孔，與臺板上的定位銷配合，以實現(xiàn)合車時扭力梁總成與車身的定位。理論上，安裝支架上的定位孔與車身上的定位孔可以做成同一X，Y 向坐標位置（一銷兩孔定位），也可以做成不同X，Y 向坐標位置（兩銷兩孔定位）。首先基于平臺化考慮，最好能保證不同車型共線時，這2 處定位孔相對位置保持一致，以減少臺板改動量，圖6 示出汽車底盤后懸合車的孔位約束。多連桿結(jié)構(gòu)的后懸定位方式與扭力梁類似，在后副車架上需預留定位孔，用于后副車架在臺板上的定位，同時在車身預留定位孔，與臺板上的定位銷配合，以實現(xiàn)合車時后懸總成與車身的定位。定位孔的設(shè)置原則也可參照扭力梁的方案。

圖6 汽車底盤后懸合車的孔位約束示意圖

扭力梁與多連桿2 種結(jié)構(gòu)形式的后懸在合車工藝上存在差異。扭力梁后懸合車時，可以選擇將減振彈簧放在扭力梁上，將壓縮彈簧與合車過程同步進行，但需考慮彈簧壓縮力與車身自身的關(guān)系，如果彈簧壓縮力過大，需在車身增加壓緊裝置防止車身被頂起，或者在合車過程中放入彈簧，待合車過程完成后，采用彈簧壓縮設(shè)備將彈簧壓緊后投入扭力梁與縱梁之間。多連桿結(jié)構(gòu)也分為2 種情況：1）減振彈簧與減振器為一體式；2）彈簧為開放式，裝配后與后縱梁接觸。

在多連桿結(jié)構(gòu)后懸合車過程中也需考慮后懸彈簧壓裝工藝中彈簧的壓縮力，并增加車身壓緊裝置及保持機構(gòu)。

1.3.2 工藝方案

以多連桿后懸結(jié)構(gòu)為例，與動力總成類似，后懸在合車臺板上的關(guān)鍵是確保后副車架在臺板上的定位。臺板與車身的定位方面，若車身定位孔與副車架在臺板定位孔的X，Y 向坐標一致，可采用一銷兩孔方式定位；若車身定位孔與副車架在臺板定位孔的X，Y 向坐標不一致，需在臺板上增加1 組定位銷與車身進行定位。由于后懸結(jié)構(gòu)中彈性件較多，為保證后懸以設(shè)計姿態(tài)進行合車，合車臺板上需視具體情況增加必要的保持機構(gòu)對后懸的縱臂、連桿等零件的姿態(tài)加以控制。

1.4 制動管路

1.4.1 設(shè)計約束

左后、右后制動管的走向一般從前壁板下方經(jīng)前地板、油箱兩側(cè)區(qū)域與制動軟管對接，制動管的走向應(yīng)在Y 向與油箱兩側(cè)鈑金避讓合車間隙，避讓制動管在合車過程中與鈑金干涉。其次，固定管路的雙管管夾只能在Z 向卡入車身螺柱，在X，Y 向管夾只保留約束管路走向作用，車身不能預留安裝螺柱，避免制動管及管夾在合車過程中與螺柱產(chǎn)生干涉，且制動管為Z 向舉升裝配，無法在合車過程中扣入X，Y 向螺柱。

1.4.2 工藝方案

合車前，制動管夾預置在合車臺板支撐上，合車過程中通過支撐Z 向推力將管夾卡入車身螺柱，圖7 示出汽車底盤制動管路合車的工裝結(jié)構(gòu)。制動油管集成到底盤模塊對設(shè)計約束較大，若共線車型的制動管路走向發(fā)生變化，合車臺板的管夾支撐也要相應(yīng)調(diào)整位置，增加了臺板設(shè)計的復雜程度。

圖7 汽車底盤制動管路合車的工裝結(jié)構(gòu)示意圖

1.5 燃油箱

1.5.1 設(shè)計約束

為提升底盤模塊的裝配效率，保證裝配質(zhì)量，底盤區(qū)域部分安裝點采用自動擰緊的方式[3]。燃油箱模塊化后需同步采用自動擰緊，油箱在整車布置時一般需預留與周邊零部件15 mm 以上的合車間隙，以保證油箱在合車時不與周邊發(fā)生干涉。油箱的綁帶或油箱本體需設(shè)計預留定位結(jié)構(gòu)，與臺板定位銷匹配，以確保油箱在合車臺板上的準確定位。在Z 向上，燃油箱安裝點需保證不被其他零件遮擋，以避讓自動擰緊聯(lián)系桿的空間，圖8 示出汽車底盤燃油箱的擰緊機構(gòu)。

圖8 汽車底盤燃油箱的擰緊機構(gòu)示意圖

1.5.2 工藝方案

將燃油箱放置在合車臺板上，通過綁帶上預留的定位結(jié)構(gòu)將油箱在臺板的位置進行定位。油箱隨合車臺板舉升到設(shè)計位置后，由擰緊軸通過聯(lián)系桿將油箱安裝點緊固。

1.6 加油管

1.6.1 設(shè)計約束

加油管的模塊化是在燃油箱模塊化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。一種形式是將加油管焊接到燃油箱一體供貨、合車，圖9 示出汽車底盤加油管與燃油箱焊接總成；另一種形式是將加油管通過軟管先與燃油箱對接，再整體合車。底盤模塊集成加油管后，需在加油管上預留定位孔，與合車臺板定位銷進行匹配，確保加油管以設(shè)計姿態(tài)進行合車。

圖9 汽車底盤加油管與燃油箱焊接總成示意圖

在設(shè)計上，加油管與車身、加油管與輪罩加油口需預留10 mm 以上的間隙，確保加油管在合車過程中不與車身發(fā)生干涉，圖10 示出汽車底盤加油管的布置空間要求。加油管集成后，為預留加油管管口位置的合車間隙，無法采用焊接的加油口盒方案，需改用塑料加油口盒。在加油管合車完成后，將加油口盒安裝到側(cè)圍上。

圖10 汽車底盤加油管的布置空間要求示意圖

1.6.2 工藝方案

由于加油管整體呈細長狀，為保證加油管在合車過程中姿態(tài)的穩(wěn)定，需在臺板上增加定位銷與加油管上的定位孔（需設(shè)計預留）配合進行定位，或在臺板上增加夾持機構(gòu)，夾持加油管本體進行扶正以保持其合車姿態(tài)。

1.7 換擋操縱機構(gòu)

1.7.1 設(shè)計約束

換擋操縱機構(gòu)的模塊化需基于排氣管隔熱罩模塊化來實現(xiàn)，隔熱罩定位在合車臺板后，由隔熱罩提供結(jié)構(gòu)來定位、支撐換擋操縱機構(gòu)，圖11 示出汽車底盤換擋操縱機構(gòu)與排氣管隔熱罩的結(jié)構(gòu)關(guān)系。換擋器底座預置在隔熱罩上，隨隔熱罩一起合車換擋器底座前端為圓形凸起結(jié)構(gòu)，隔熱罩預留孔位，起穩(wěn)定底座及限位作用

圖11 汽車底盤換擋操縱機構(gòu)與排氣管隔熱罩結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖

1.7.2 工藝方案

在裝配環(huán)節(jié)中，換擋拉索必須先與變速器端在分裝線完成連接，同時換擋拉索出線端到變速器連接端之間不能有與車身前圍板區(qū)域的固定關(guān)系，否則底盤合車后，因空間受限將無法進行裝配。由于換擋操縱機構(gòu)在合車完成后與車身存在打緊的裝配關(guān)系，因此，在其合車過程中需在臺板上進行準確的定位，或者通過換擋操縱結(jié)構(gòu)上自帶螺柱的方式，保證合車后換擋操縱機構(gòu)與車身安裝孔準確對正，圖12 示出汽車底盤換擋操縱機構(gòu)在合車臺板的定位。

圖12 汽車底盤換擋操縱機構(gòu)在合車臺板的定位示意圖

1.8 排氣管隔熱罩

1.8.1 設(shè)計約束

排氣管隔熱罩完成合車后，一般通過擰緊軸進行擰緊，一方面要求隔熱罩的安裝點需避讓出擰緊空間，確保合車臺板上聯(lián)系桿的布置空間；一方面要求隔熱罩的安裝點需為Z 向擰緊的方式，避免出現(xiàn)X，Y 向擰緊。

1.8.2 工藝方案

排氣管隔熱罩預置在合車臺板支撐上，其固定方式有2 種：1）在臺板合車時將夾片卡入車身螺柱固定隔熱罩；2）用螺栓打緊的方式，隔熱罩合裝到位后，擰緊軸通過聯(lián)系桿將隔熱罩各安裝點打緊，圖13 示出汽車底盤排氣管隔熱罩的擰緊機構(gòu)。

圖13 汽車底盤排氣管隔熱罩的擰緊機構(gòu)示意圖

2 結(jié)論

文章以底盤模塊化裝配的實現(xiàn)為研究對象，通過在底盤平臺概念設(shè)計階段提出相關(guān)的工藝約束，尤其是涉及產(chǎn)品上相關(guān)定位孔的設(shè)計預留、管路走向、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計、零件布置上的裝配空間及合車間隙預留等，在新車型導入產(chǎn)線階段實現(xiàn)了部分底盤零件模塊化裝配。目前，動力總成和后懸的模塊化已普遍運用，但制動管路、換擋操縱機構(gòu)、燃油箱、加油管等的模塊化原因尚未普及，在后續(xù)的整車項目開發(fā)及導入時可開展搭載驗證，從而進一步提升整車底盤的裝配質(zhì)量與效率。