柔性托臺對承載式車身汽車底盤拼合的影響研究

安捷 陳志超

摘 要：文章研究了柔性托臺對承載式車身汽車底盤拼合的影響研究。包括傳統(tǒng)汽車底盤拼合工藝和柔性托臺汽車底盤拼合工藝。結(jié)果表明柔性托臺相較于傳統(tǒng)汽車底盤拼合工藝，有著一次性投資高;但托臺設(shè)計(jì)簡單，拼合精度高，臺面支撐少，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拼合及緊固的優(yōu)點(diǎn);解決不同車型共線難題，使總裝車間生產(chǎn)制造更加高效，智能。

關(guān)鍵詞：柔性托臺;底盤拼合;不同車型共線;高效智能

中圖分類號：U466 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）05-190-04

Abstract： The influence of flexible tray to BFI body chassis marriage （BCM） on vehicle was studied. Including traditional process of body chassis marriage， flexible tray process of body chassis marriage. The results show that the flexible tray has a higher one-time investment compared with the traditional process of body chassis marriage， but the flexible tray design is simple， the precision of body chassis marriage is high， the fixed tooling details are less， and it is easy to realize the advantages of automatic fastening and body chassis marrying. It solves the difficult problem of manufacturing different model car in the same production line. Make the general assembly plant more efficient and intelligent.

Keywords： Flexible tray; Body chassis marriage（BCM）; Manufacturing different model car in the same line; Efficiency and intelligence

前言

本文僅涉及可承載式車身底盤拼合，相對于非承載式車身，可承載式?jīng)]有單獨(dú)的承受外力底盤結(jié)構(gòu)，車身直接安裝懸掛、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)等機(jī)械結(jié)構(gòu);重量相對非承載式較輕，重心較低，車內(nèi)空間利用率較高，乘坐舒適性較好。

在汽車制造中，底盤拼合工位處于底盤一線中段，與底盤分裝線（即AGV線或Towveyor線）銜接。由于生產(chǎn)需求，同一個(gè)總裝車間（一條生產(chǎn)線）往往需要拼合多種架構(gòu)或多種車型（四門三廂Sedan，運(yùn)動(dòng)型SUV，面包車Van等）。導(dǎo)致傳統(tǒng)拼合托臺上定位/支撐特征數(shù)量多，設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本高，壽命短;老車型的停產(chǎn)與后續(xù)新車型的進(jìn)入也會(huì)對傳統(tǒng)拼合托臺的定位支撐塊的布局產(chǎn)生較大變更。柔性化托臺是指采用前后小托臺整體更換的方式，將傳統(tǒng)的托臺分成上下兩件，下件作為基礎(chǔ)相對AGV小車浮動(dòng)，上件采用快速更換的方式和下件固定，上件是根據(jù)車型設(shè)計(jì)的，因此設(shè)計(jì)時(shí)僅考慮一種車型的定位/支撐特征，車型變換時(shí)也只需增加與減少前后小托臺總數(shù)。下面兩部分分別介紹拼合托臺上的定位支撐種類和柔性托臺的原理。

1 拼合定位策略

1.1 定位策略概述

汽車底盤拼合需要將前副車架、后橋、發(fā)動(dòng)機(jī)總成（懸置）與車身連接在一起。

為保證螺釘在正確位置緊固，需在托臺（支撐底盤結(jié)構(gòu)件）上設(shè)計(jì)定位特征來保證底盤，車身的相對位置與設(shè)計(jì)位置保持一致，定位的方法與特征的結(jié)構(gòu)即定位策略。

1.2 前副車架的定位策略

前副車架的定位策略一般分為托臺定位（Fixture set），銷精定位（Pin through net），產(chǎn)品自定位（Product feature net）三種。

對于托臺定位方式，采用托臺上精定位銷進(jìn)入車身對應(yīng)孔，托臺上還有精定位銷和副車架孔精定位，如圖1所示。

對于銷精定位方式，采用托臺上采用粗定位銷進(jìn)入車身對應(yīng)孔，托臺上有精定位銷穿過副車架精孔并且進(jìn)入車身精孔，如圖2所示。

對于產(chǎn)品自定位方式，采用托臺上采用粗定位銷進(jìn)入車身對應(yīng)孔，托臺上有精定位銷穿過副車架精孔，副車架上有精定位特征和車身連接，如圖3所示。

1.3 后橋的定位策略

傳統(tǒng)后橋按類型主要分為扭力梁（twist axle）與多連桿（multiple link）兩種。

1.3.1 扭力梁（twist axle）

扭力梁（twist axle）后橋的類型主要分為獨(dú)立襯套支架（Separate A-bushing bracket）與A形集成襯套（A bushing POA）兩種。

獨(dú)立襯套支架（Separate A-bushing bracket）的定位策略類似于前副車架的產(chǎn)品自定位策略。扭力梁后橋的獨(dú)立襯套支架上有定位銷直接與車身底板孔配合，托臺上有粗定位銷進(jìn)入車身孔，托臺上還有精定位銷進(jìn)入扭力梁精孔配合，如圖4所示。

A形集成襯套（A bushing POA）的定位策略與獨(dú)立襯套支架（Separate A-bushing bracket）類似，但A形集成襯套需要嵌入并且利用工裝輔助定位到車身底板的U形鈑金支架槽中，區(qū)別于獨(dú)立襯套支架（Separate A-bushing bracket）上的定位銷;托盤上有粗定位銷進(jìn)入車身孔，并且有輔助定位塊來輔助襯套和車身支架定位，輔助定位特征在托臺上使用移動(dòng)滑塊來導(dǎo)向襯套進(jìn)入車身底板U形支架槽中。

1.3.2 多連桿（multiple links）

多連桿（multiple links）后橋的定位策略主要分為銷精定位（Pin through net）與托臺定位（Fixture set）。

多連桿后橋的銷精定位（Pin through net）定位策略與前副車架的銷精定位策略相同。

多連桿后橋的托臺（Fixture set）定位策略與前副車架的托臺定位策略相同。

1.4 發(fā)動(dòng)機(jī)總成懸置的定位策略

懸置是指發(fā)動(dòng)機(jī)總成與車身、前副車架的連接方式。

懸置的類型主要分為擺動(dòng)懸置式（Pendular Mount）與NTA置式（NTA Mount）兩種，其后懸置和變速器連接的支架與發(fā)動(dòng)機(jī)變速器總成的另外兩處組成了整個(gè)動(dòng)力總成的托臺精定位方式。

第一特征：定位銷或者凹塊，限制發(fā)動(dòng)機(jī)總成X，Y，Z三個(gè)方向的自由度。

第二特征：V形槽托塊，限制發(fā)動(dòng)機(jī)總成Y，Z兩個(gè)方向的自由度。

第三特征：平面托塊，Z向支撐發(fā)動(dòng)機(jī)總成。

3點(diǎn)定位支撐后，發(fā)動(dòng)機(jī)總成重心在支撐點(diǎn)中間。

此外，除了上述支撐定位點(diǎn)以外，托臺上還會(huì)存在CRFM的定位銷，下控制臂的支撐，前懸的Y向限制特征，制動(dòng)盤的轉(zhuǎn)角限位特征，排氣管支撐，傳動(dòng)軸支撐等。在一種架構(gòu)下，不同的動(dòng)力總成會(huì)有微小的支撐變化，但不同的架構(gòu)會(huì)有幾乎完全不同的支撐情況，對于多架構(gòu)共線生產(chǎn)的工廠，托臺的具體設(shè)計(jì)往往是非常復(fù)雜的，因此柔性托臺的應(yīng)用就此產(chǎn)生。

2 自適應(yīng)柔性拼合托臺

2.1 傳統(tǒng)托臺與柔性托臺概述

由拼合策略所知，托臺上需設(shè)計(jì)有副車架、后橋、動(dòng)力總成懸置的定位，支撐特征（定位銷，U形槽，V形塊，托塊等）。

傳統(tǒng)托臺：為應(yīng)對多種車型的混線生產(chǎn)，總裝車間一般采用翻倒/插拔的支托的方式進(jìn)行多種車型的定位切換，支撐特征都設(shè)計(jì)在同一托臺上。當(dāng)需要拼合某一車型時(shí)，翻倒其他車型的定位，支撐特征來實(shí)現(xiàn)正確拼合。

柔性托臺：采用雙件式上下托臺，下托臺不需要應(yīng)對不同車型更改，上托臺采用整體更換的方式進(jìn)行車型切換。每種小托臺只對應(yīng)一種車型或者一種動(dòng)力總成，即小托臺上只有一種車型的定位，支撐特征。

2.2 柔性托臺相比傳統(tǒng)托臺優(yōu)缺點(diǎn)

2.2.1 設(shè)計(jì)方面

傳統(tǒng)托臺需要兼容多種車型的定位，支撐特征。但由于不同車型的副車架，后橋，發(fā)動(dòng)機(jī)總成，車身軸距等差異;各定位，支撐點(diǎn)的尺寸、位置、高度均不相同;無法通過移位調(diào)整機(jī)構(gòu)來滿足所有車型。因此，傳統(tǒng)托臺在新車型進(jìn)入時(shí)有局限性，能兼容類型相差不大的車型，還需考慮盡可能公用定位，支撐特征。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，定位，支撐特征種類數(shù)量多。

柔性托臺設(shè)計(jì)時(shí)只需要考慮一種車型的定位，支撐特征，解決了傳統(tǒng)托臺設(shè)計(jì)上的局限性，所有車型都可以利用不同的上托臺面進(jìn)行兼容和拓展。單個(gè)上，下托臺臺面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，無需考慮不同車型定位，支撐特征是否有存在干涉。在設(shè)計(jì)精度上，由于避免了傳統(tǒng)托臺上的翻到或插拔特征，大量采用固定式，托臺定位精度也可以提高。如圖10所示。

2.2.2 使用方面

傳統(tǒng)托臺車型種類多，定位支托多，操作過程復(fù)雜，生產(chǎn)效率較低;另外，采用翻倒/插拔支托的形式，頻繁切換過程中增加磨損量，因此標(biāo)定檢測周期較頻繁。

柔性托臺采用機(jī)器人切換上臺面，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，如圖11所示。柔性托臺的下托臺基本可以避免所有車型的引入時(shí)的改造，兼容性極高。上托臺都是固定式支撐，標(biāo)定檢測周期較長。

此外，柔性托臺的上下臺面結(jié)合可以采用AMF零點(diǎn)定位系統(tǒng)，帶來明顯的效益是：

（1）減少柔性托臺實(shí)際定位安裝的時(shí)間;

（2）縮短柔性托臺更換的時(shí)間，及其夾具拆卸維護(hù)保養(yǎng)的時(shí)間;

（3）重復(fù)定位精度高;

（4）單一的接觸接口適用于同一總裝車間內(nèi)所有柔性化托臺;

（5）定位和夾緊一步實(shí)現(xiàn)。

保證了小托臺整體更換精度，零點(diǎn)定位系統(tǒng)重復(fù)定位精度高（<0.005mm）完全滿足定位銷的精度要求。無需翻倒，磨損小，壽命長，可免維護(hù)使用4百萬次。其中K10.3型零點(diǎn)定位系統(tǒng)性能更綜合，適合汽車制造。

零點(diǎn)定位系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)特征如圖14所示，下托臺上安裝了零點(diǎn)定位法蘭（用于鎖定4銷），上臺面下方采用定位銷方式，嵌入零點(diǎn)定位法蘭并鎖緊。整套系統(tǒng)保證了精確的定位和可靠的夾緊，制造十分精密，自帶監(jiān)控傳感器，采用氣壓解鎖，斷氣既鎖緊。實(shí)現(xiàn)小托臺的夾緊放松切換。

2.2.3 投資方面

傳統(tǒng)托臺一次性投資（從無到有）較低，每個(gè)托臺單價(jià)高，占地面積小;但后續(xù)新增車型時(shí)投資費(fèi)用高，托臺一般需全部重新設(shè)計(jì)，制造，重復(fù)投資;翻倒插拔支撐易磨損，后期保養(yǎng)維護(hù)費(fèi)用較高。

柔性托臺一次性投資高，需要采用托盤庫、機(jī)器人和監(jiān)控系統(tǒng)，每個(gè)托臺單價(jià)很低，占地面積大;后續(xù)新增單車型投資時(shí)費(fèi)用低，只需設(shè)計(jì)新增車型的托臺，采用零點(diǎn)定位系統(tǒng)，精度高，磨損小，后續(xù)維護(hù)費(fèi)用投入低。

對于多平臺或多車型共線生產(chǎn)的車間，可以做費(fèi)用比較，來決定投入哪種方式的托臺。

3 總結(jié)

通過傳統(tǒng)托臺與柔性托臺方案對比，柔性托臺在設(shè)計(jì)上和自動(dòng)化程度方面極大地解放了設(shè)計(jì)工程師與操作工的工作壓力。托臺設(shè)計(jì)與車型一一對應(yīng)，無需考慮其他車型支托翻倒問題。全自動(dòng)化的柔性托臺切換方案減少了人力，提高了生產(chǎn)效率。采用零點(diǎn)定位系統(tǒng)精度高，耐磨損，降低了維護(hù)費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)

[1] AFM.零點(diǎn)定位系統(tǒng)[EB]. AFM，2017/2018.