純電動汽車總裝合車裝配工藝*

嚴星王曉斌古加能盧俊康劉海洋

（1.廣州汽車集團汽車研究院；2.沃爾沃（中國）路橋分公司）

合裝工藝是總裝車間最復雜、對產品平臺影響最大的關鍵工藝，有必要進行重點研究。純電動汽車（BEV）底盤分為前懸、電池、后懸三大主要分總成，在合車工位，底盤與車身相對運行合車，移出合車工位后逐步裝配擰緊。某乘用車集團在其純電動汽車工廠1中實施了分體式合裝手動擰緊，在工廠2中實施了整體式合裝自動擰緊，經過驗證，達到了預期的規劃效果。基于這2個項目的實踐，文章介紹了純電動汽車合車和裝配工序的主流選型方案和各自的優缺點。

1 純電動汽車合車工藝

純電動汽車的合車是指由托盤夾具輸送前懸、電池、后懸等底盤件到合車站，通過托盤被舉升，或者搭載車身的吊具下降，完成底盤零件與車身零件結合的過程。合車工藝按照合車時相對于輸送線的運行情況分為連續式合車和靜止式合車；按照合車時零部件的集成程度，分為分體式合車和整體式合車。

1.1 合車工藝方式

1.1.1 連續式合車

底盤零件通過自動導引車（AGV）或臺車輸送，經過緩存區后底盤托盤與承載車身的吊具速度同步，底盤與車身結合。合車過程中底盤和車身相對于輸送線是連續運動的。技術實現難度和對合車系統精度要求相對較低。在自主品牌和日系汽車廠中廣泛采用這種方式[1]。

連續式合車系統的空中設備相對簡單，不需要快進快出功能，工藝時間利用率高，但合裝前需要較長的同步區，實現空中和地面同步的設備復雜。整個合裝系統精度相對較低，如AGV停止精度為±10 mm已是較高精度，合車過程中如需將前后減振器扶正，多要人工干預。

1.1.2 靜止式合車

靜止式合車也被稱為啟停式合車，底盤零件托盤由鏈床或滾床輸送，經過快進工位進入合裝站，合車過程中底盤和車身相對于輸送線是靜止的，合車完成后快出平衡工時。以大眾為代表的德系汽車廠廣泛采用這種方式。

靜止式合車不需要復雜的設備來實現“同步功能”，設備類型模塊化，維修簡單，可以在合車工位實現完全自動化，便于后續設置自動擰緊工位。但在合裝工位前需要快進快出地準備工位，空中底盤線必須有動力脫開、動力接入功能，對產品平臺化要求較高。

1.1.3 分體式合車

分體式合車是將前懸、后懸、電池分成單個獨立模塊合車，多用于電動車與燃油車共線生產，如圖1所示，在自主品牌和日系車廠中廣泛使用。其柔性化程度較好，人機操作友好，便于擰緊作業，設備投資較低，但合車過程中多需要人工輔助，難以實現完全自動化[2]。

圖1 某主機廠分體式合車

1.1.4 整體式合車

整體式合車是將前后懸和電池集成在一個臺板上，整體與車身一次合裝到位，如圖2所示。擋桿底座、制動管、前艙附件等在托盤上集成度越高，實施難度越大。該方式在產品平臺化程度較高的德系汽車廠中應用較廣泛。當車型間差異較大，子托盤難以兼容時，需要建立托盤庫，設備改造周期相對較長。在方案階段需要對工位布局、物流排布、節拍分析、擴展性做較多的規劃和計算[3]。

圖2 某主機廠整體式合車

1.2 合車方案選型的關鍵要素

純電動汽車合車方案的選型，取決于以下關鍵要素：

1）產品多樣性：承載式與非承載式車型共線；純電動與燃油、混合動力、插電式混合動力共線；多種動力總成共線；多種底盤懸掛方式（獨懸與非獨懸）共線。

2）產品結構約束：電池與前后懸約束；電池是否為快換結構。

3）工藝需求多樣性：產能節拍；人工輔助合車與全自動合車；手動裝配與自動裝配。

4）系統精度：車身、底盤零件、合車設備的制造精度。

5）平面布局：合裝線的設置與前后懸、電池分裝線關聯性高，需因地制宜。

6）成本和制造需求：成本預算可控；人機性友好；設備開動率高；智能化及參觀展示需求。

總之，合車方案規劃時要充分考慮每種方案的優缺點，綜合評估后慎重決策。

2 純電動汽車裝配擰緊工藝

2.1 裝配擰緊方式

在合車站，車身與底盤結合后進入前懸、電池、后懸裝配擰緊站，主要有以下5種擰緊形式。

2.1.1 手動直接擰緊

目前應用最為廣泛的手動直接擰緊方式分為2種。一種是手持擰緊槍直接擰緊螺栓，另一種是用擰緊槍安放在反力臂上直接擰緊螺栓，如圖3所示。手動擰緊柔性化好，設備節拍快，線體可以連續運行，對產品和合車后精度要求低，擰緊設備投入相對較低，但自動化程度低，人工占用多。

圖3 某主機廠手動直接擰緊方式

2.1.2 手動間接擰緊

圖4示出某主機廠手動間接擰緊方式。在分裝線把螺栓擺放在聯系桿上，聯系桿集成在托盤上，手持擰緊槍或反力臂，直接擰緊聯系桿，間接將螺栓擰緊。螺栓在分裝線擺放好，有利于節省主線工時。對于中部難以直接擰緊的螺栓，聯系桿轉接后可以在車底正下方作業，人機性較好。聯系桿在托盤上的布置不能相互干涉，擰緊不成功時在線返修的便利性不如直接擰緊方式。

圖4 某主機廠手動間接擰緊方式

2.1.3 機械手自動擰緊

部分主機廠采用機械手擰緊聯系桿，如圖5所示。機械手擰緊位置可伺服調整，并可以調整擰緊角度，但受限于產業發展水平和技術成熟度，目前這種方式多為局部使用或節拍較低的豪華品牌工廠使用。機械手在合裝擰緊中的使用未來可期。

圖5 某主機廠機械手自動擰緊方式

2.1.4 整體式自動擰緊

圖6示出某主機廠整體式自動擰緊方式。擰緊槍集成在擰緊臺上，槍與螺栓一一對應，擰緊臺先移出擰緊站，人工將螺栓擺到擰緊槍上。擰緊臺進入擰緊站，擰緊臺Z向上升擰緊停留在擰緊站上的車身和底盤。整個擰緊系統精度與擰緊成功率高。由于擰緊槍的數量多，整套系統造價成本高，設計時臺板上需預留擰緊槍孔位，柔性化程度較低。該方式適合平臺化較好、品牌溢價較高的車企。

圖6 某主機廠整體式自動擰緊方式

2.1.5 分體式自動擰緊

圖7示出某主機廠分體式自動擰緊方式。擰緊系統由幾組伺服擰緊機構組成，螺栓提前擺放在聯系桿上，擰緊槍布置在伺服機構底座上，擰緊槍伺服移動，擰緊聯系桿。由于擰緊槍可伺服移動，每把擰緊槍可以完成多顆螺栓擰緊（平均每次擰緊用時10～20 s不等），相對于整體式自動擰緊，該方式可以適配多種平臺、軸距，降低了擰緊系統的設備成本和對產品的約束，是目前應用最為廣泛的自動擰緊方式。

圖7 某主機廠分體式自動擰緊方式

2.2 擰緊工藝選型的主要因素

擰緊工藝的規劃選型，主要考慮以下主要因素：

1）實施難度和投資：全自動擰緊＞半自動擰緊＞手動擰緊。

2）系統精度：擰緊系統成功率受車身、零部件、工裝、合車站、輸送、擰緊設備、擰緊設計七大子精度影響。其中自動擰緊時系統容差在±2 mm以內，車身精度需控制在±1 mm以內，其它累加精度需控制在±1 mm以內。車身精度超出±1 mm的不建議使用自動擰緊設備，擰緊時錯孔風險較高。

3）產品孔位:為避免托盤與聯系桿干涉，車身對應螺紋孔的最小間距要大于聯系桿直徑。

4）標準件設計：自動擰緊螺栓頭部導向比普通螺栓大，需機加工，單個螺栓增加機加工成本約0.8元。

5）底盤件孔位：為便于擰緊對位，自動擰緊時底盤零部件通孔比對應螺栓大4 mm以上。

6）返修站：托盤與底盤分離后，一般設置返修站，返修在合車線部分擰緊不成功的點。

自動擰緊方式的制約因素很多，實施前要充分論證。目前國內電動汽車實施合車后自動擰緊方式的以合資車企為主，自主品牌車企正在開展積極探索，部分工廠已經實施。

3 結論

文章解析了電動汽車合車、裝配工藝的選型方案和各方案的優缺點。對促進合裝系統規劃頂層設計時，從可行性、實用性、可靠性、經濟性方面綜合評估，合理選型、規避項目風險、降本增效有參考意義。