純電動(dòng)汽車底盤合裝與自動(dòng)化工藝技術(shù)的應(yīng)用

摘要：純電動(dòng)汽車底盤合裝工藝繁瑣，是汽車企業(yè)生產(chǎn)節(jié)拍提升的主要瓶頸。依托實(shí)際項(xiàng)目，提出了一種可以應(yīng)用于多種車型柔性化生產(chǎn)的純電動(dòng)汽車底盤合裝的工藝方法，并研究了機(jī)器人與AGV協(xié)作的自動(dòng)化工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了純電動(dòng)汽車底盤合裝生產(chǎn)節(jié)拍的提升，為車企進(jìn)一步提高生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平與生產(chǎn)效率提供了應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

隨著大家環(huán)保意識(shí)的提高，大氣污染問(wèn)題越來(lái)越受到關(guān)注，而汽車尾氣又是大氣污染的主要來(lái)源之一。為實(shí)現(xiàn)碳排放達(dá)峰和碳中和的雙碳目標(biāo)，促進(jìn)純電動(dòng)汽車的發(fā)展，已是我國(guó)在交通領(lǐng)域能源革新的必然選擇。

由于電池與智能化技術(shù)的進(jìn)步、政策的推動(dòng)以及消費(fèi)者環(huán)保意識(shí)的提升，純電動(dòng)汽車越來(lái)越受歡迎，因此，各大車企加大了對(duì)純電動(dòng)汽車的研究與生產(chǎn)[1]。純電動(dòng)汽車底盤合裝線是其生產(chǎn)線中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，現(xiàn)車企底盤合裝線多是采用AGV輔助人工的方式進(jìn)行半自動(dòng)裝配運(yùn)行，即AGV搭載舉升機(jī)構(gòu)，通過(guò)一定的導(dǎo)航方式按照設(shè)計(jì)好的路線，跟隨裝配主線移動(dòng)到相應(yīng)的作業(yè)工位，通過(guò)人工輔助完成上料、裝配擰緊等合裝過(guò)程2，3]。隨著工業(yè)機(jī)器人的不斷發(fā)展，其在裝配生產(chǎn)線中的運(yùn)用已經(jīng)相當(dāng)成熟[4，5]，機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)零部件的自動(dòng)抓取，避免人為錯(cuò)誤，并能加快汽車裝配節(jié)拍，提升生產(chǎn)效率。

本文根據(jù)某汽車企業(yè)項(xiàng)目，規(guī)劃設(shè)計(jì)了其純電動(dòng)汽車底盤合裝線的工藝，實(shí)現(xiàn)了工藝流程的合理性、安全性、標(biāo)準(zhǔn)性和柔性化。同時(shí)設(shè)計(jì)了機(jī)器人與AGV上料的自動(dòng)化工藝技術(shù)，進(jìn)一步提升底盤合裝工藝的自動(dòng)化與智能化程度，并使純電動(dòng)汽車底盤合裝線的節(jié)拍縮短，產(chǎn)能提高，經(jīng)濟(jì)效益提升。

純電動(dòng)汽車底盤的模塊劃分

底盤作為車輛的支撐架構(gòu)，扮演著為其他關(guān)鍵部件提供穩(wěn)固支撐的重要角色，并保障車輛在行駛過(guò)程中的穩(wěn)定性。純電動(dòng)汽車的底盤組成可以劃分為三大模塊，如圖1所示。

前懸模塊是連接車身與前輪的重要系統(tǒng)，負(fù)責(zé)確保操控穩(wěn)定性以及提供乘坐舒適性。前懸模塊的各個(gè)組件通過(guò)精密的裝配和調(diào)試，共同實(shí)現(xiàn)車輛的懸掛功能。下擺臂、前橫向穩(wěn)定桿、前支柱總成等組件相互協(xié)作，確保車輛在行駛過(guò)程中的穩(wěn)定性和操控性。同時(shí)，前減速器及其懸置系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)軸等部件也發(fā)揮著重要作用，共同實(shí)現(xiàn)車輛的動(dòng)力傳遞和行駛功能。

后懸模塊連接著車身與后輪，它負(fù)責(zé)支撐車身質(zhì)量、吸收路面震動(dòng)、確保操控穩(wěn)定性以及提供乘坐舒適性。后懸模塊通常包含復(fù)雜的連桿機(jī)構(gòu)、彈性元件、減振裝置以及控制臂等組件，這些組件通過(guò)精密的設(shè)計(jì)和裝配，共同實(shí)現(xiàn)后懸模塊的功能。

電池模塊是由多個(gè)電芯通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)方式組裝而成，還包含導(dǎo)電連接件、模組控制單元、塑料框架及冷卻系統(tǒng)等組件。

某純電動(dòng)汽車底盤合裝工藝的設(shè)計(jì)

根據(jù)某純電車企底盤合裝的技術(shù)需求以及純電動(dòng)汽車底盤的模塊化劃分結(jié)果，完成了對(duì)其底盤合裝AGV生產(chǎn)線工藝流程的設(shè)計(jì)，如圖2所示。工藝流程包含了前后懸分裝線、前后懸合裝線、電池分裝線、電池合裝線以及總線上底盤合裝部分的設(shè)計(jì)。

1.前后懸合裝工藝流程設(shè)計(jì)

分裝線組裝好的部件移交到前后懸合裝線后，具備三舉升系統(tǒng)的前后懸合裝AGV小車，承載著前后懸部件按照規(guī)劃的路線與速度在汽車底盤合裝總線上運(yùn)行，到達(dá)合車站工位后，AGV小車激光同步追蹤白車吊具上的光靶，以實(shí)現(xiàn)二者位置的對(duì)正。位置信號(hào)同步后，AGV小車與白車身同步到達(dá)前懸合裝工位與后懸合裝工位，隨后主線控制系統(tǒng)控制吊具下降，下降到位后，主線控制系統(tǒng)向AGV控制系統(tǒng)發(fā)送安全信號(hào)，接收到信號(hào)的AGV小車控制承載著前后懸的兩個(gè)舉升系統(tǒng)舉起，到位后，AGV系統(tǒng)發(fā)送到位安全信號(hào)，此時(shí)站在第三舉升平臺(tái)上的操作人員到達(dá)工位，即可以開(kāi)始通過(guò)定位孔與定位銷將白車身與前后懸進(jìn)行定位，進(jìn)而完成前后懸與白車身的安裝。操作人員安裝完成按下確認(rèn)完成按鈕后，白車身吊具升起，AGV小車舉升系統(tǒng)下降，同步運(yùn)行到分離站工位后，二者同步信號(hào)解除。若需要更換托盤，則AGV小車運(yùn)行到托盤切換工位完成托盤的更換，更換后再次回到前后懸自動(dòng)上料工位，等待機(jī)器人上料；若不需要更換托盤，AGV小車則自動(dòng)運(yùn)行到前后懸自動(dòng)上料工位。

2.電池合裝工藝流程設(shè)計(jì)

在電池自動(dòng)上料位上料完成后的AGV小車，承載著純電動(dòng)汽車的電池部件，運(yùn)行到底盤合裝總線上的合車站，與總線上的吊具通過(guò)位置光靶完成位置對(duì)正同步后，共同運(yùn)行到電池合裝工位，主線控制系統(tǒng)控制搭載白車身的吊具下降，到指定位置后，主線控制系統(tǒng)向AGV小車發(fā)送到位安全的信號(hào)，隨后AGV小車控制系統(tǒng)控制升降臺(tái)上升到指定位置，并向操作人員發(fā)送到位安全信號(hào)，操作人員即可以開(kāi)始電池的人工裝配工作。操作人員完成裝配，按下確認(rèn)完成按鈕后，主線控制系統(tǒng)與AGV控制系統(tǒng)分別控制吊具與升降臺(tái)回到原位，并共同運(yùn)行到分離站，在分離站解除同步運(yùn)行信號(hào)，AGV小車駛出主線，再次回到電池自動(dòng)上料工位，等待上料。

機(jī)器人與AGV上料的自動(dòng)化工藝技術(shù)的設(shè)計(jì)

分裝線裝配完成的零部件需移交到合裝線的AGV托盤上，以往的移交都是采用人工裝配的方式，為加快生產(chǎn)節(jié)拍，提高底盤合裝效率，設(shè)計(jì)了機(jī)器人與AGV上料的自動(dòng)化工藝技術(shù)，由機(jī)器人完成AGV的自動(dòng)化上料和對(duì)接，進(jìn)一步提高純電動(dòng)汽車生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平，以提升該車企的生產(chǎn)效益。

前后懸分裝線以及電池分裝線將各部件裝配完畢到達(dá)交料工位后，控制系統(tǒng)向機(jī)器人發(fā)送部件到達(dá)工位的信號(hào)，機(jī)器人轉(zhuǎn)動(dòng)到抓取工位，視覺(jué)定位系統(tǒng)在部件的正上方與斜 方向上對(duì)部件上的識(shí)別點(diǎn)進(jìn)行拍照，完成對(duì)部件的視覺(jué)定位，最后根據(jù)定位結(jié)果機(jī)器人再對(duì)自身的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行修正，最后完成抓取動(dòng)作。

機(jī)器人完成部件的抓取后，會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)到等待工位進(jìn)行等待。合裝線上的AGV小車運(yùn)動(dòng)到上料工位前，會(huì)向控制系統(tǒng)發(fā)出是否可以駛?cè)氲男盘?hào)，收到可以駛?cè)氲男盘?hào)后到達(dá)上料工位，此時(shí)控制系統(tǒng)再向機(jī)器人發(fā)送AGV已到達(dá)上料工位的信號(hào)，機(jī)器人收到信號(hào)后轉(zhuǎn)動(dòng)到上料工位，視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)AGV托盤上的識(shí)別點(diǎn)進(jìn)行視覺(jué)識(shí)別定位，對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)修正后，完成部件與AGV的自動(dòng)上料與對(duì)接。交接部件后，機(jī)器人回到等待工位，等待控制系統(tǒng)發(fā)出分裝線部件已到達(dá)交料工位的信號(hào)。

機(jī)器人的工位設(shè)計(jì)有安全護(hù)欄與保護(hù)光柵，如圖3所示。當(dāng)控制系統(tǒng)向AGV發(fā)送可以駛?cè)氲男盘?hào)后，安全保護(hù)光柵關(guān)閉，AGV駛?cè)?，AGV到料后，控制系統(tǒng)收到到位信號(hào)，安全保護(hù)光柵再次開(kāi)啟，當(dāng)AGV完成裝料后向控制系統(tǒng)發(fā)出需要駛離的信號(hào)后，安全保護(hù)光柵再次關(guān)閉，帶AGV離開(kāi)后，安全保護(hù)光柵再次開(kāi)啟。在安全保護(hù)光柵開(kāi)啟的狀態(tài)下，若有人或是其他物體進(jìn)入，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

應(yīng)用效果分析

1.工藝流程效果分析

根據(jù)純純電動(dòng)汽車底盤的模塊劃分以及實(shí)際生產(chǎn)需求，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)了工藝流程，實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的工藝流程效果。

1）實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線的合理布局與空間優(yōu)化。按底盤合裝工藝順序，合理安排各工位，通過(guò)合理的布局設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的平衡和順暢，確保物料和車輛有序流轉(zhuǎn)，并考慮空間利用率和生產(chǎn)流程的優(yōu)化，以減少物料搬運(yùn)和等待時(shí)間，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

2）實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線更高程度的自動(dòng)化與安全性。在分裝線與合裝線零部件的移交工藝流程的設(shè)計(jì)中，改

變了以往人工移交裝配的方式，設(shè)計(jì)了機(jī)器人與AGV上料的自動(dòng)化工藝技術(shù)，從而進(jìn)一步提高了該生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平。所設(shè)計(jì)的工藝流程考慮到生產(chǎn)線的安全性，設(shè)計(jì)了必要的安全措施和防護(hù)措施，在機(jī)器人工位設(shè)計(jì)了安全保護(hù)光柵，在其他工位也設(shè)計(jì)了安全護(hù)欄，并在各個(gè)生產(chǎn)線、AGV小車以及人工操作工位等都設(shè)置了緊急停機(jī)按鈕，以確保操作人員的安全。

3）實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)化與柔性化。所設(shè)計(jì)的生產(chǎn)線采用了標(biāo)準(zhǔn)化的托盤、夾具和定位裝置，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)化。在總體設(shè)計(jì)中預(yù)留設(shè)備增加、工位擴(kuò)展的空間，以滿足生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大需求。并在合裝線上設(shè)計(jì)了托盤切換工位，通過(guò)調(diào)換托盤、調(diào)整工位間距、設(shè)備參數(shù)等，以適應(yīng)不同車型、底盤結(jié)構(gòu)的合裝需求，實(shí)現(xiàn)不同車型之間的快速切換和生產(chǎn)，提高生產(chǎn)線的靈活性和柔性化。

2.生產(chǎn)節(jié)拍與經(jīng)濟(jì)效益分析

所設(shè)計(jì)的工藝流程中，改變以往的分裝線與合裝線移交部件人工裝配的方式，設(shè)計(jì)機(jī)器人與AGV上料的自動(dòng)化工藝技術(shù)，進(jìn)一步縮短了生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

將所設(shè)計(jì)的工藝流程應(yīng)用于某純電動(dòng)汽車的底盤合裝中，且將機(jī)器人應(yīng)用到分裝線與合裝線移交工位，生產(chǎn)節(jié)拍由90JPH縮短為70JPH，每小時(shí)可完成51臺(tái)純電動(dòng)汽車的底盤合裝，提高了底盤合裝產(chǎn)能。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)某純電動(dòng)汽車底盤合裝AGV生產(chǎn)線的工藝流程進(jìn)行了設(shè)計(jì)與規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線的布局合理與空間優(yōu)化，提高了生產(chǎn)線自動(dòng)化程度與安全性，并保證了生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)化與柔性化。所設(shè)計(jì)的工藝流程中研究應(yīng)用了機(jī)器人與AGV上料的自動(dòng)化工藝技術(shù)，減少操作工人的同時(shí)，也將生產(chǎn)節(jié)拍從90JPH縮減到70JPH，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)成本的降低，并提高該車企純電動(dòng)汽車底盤合裝的自動(dòng)化水平、生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)效益。

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