混合動力汽車總裝工藝與生產線規劃研究

黃逸穩 廖肇鏹 許寶強 陳 平

（1.廣州汽車集團股份有限公司汽車工程研究院，廣州 511434；2.比亞迪豐田電動車科技有限公司，深圳 518100）

混合動力汽車（以下簡稱混動汽車）通常指同時使用燃料發動機和動力電池作為動力來源的汽車。發動機的燃料一般為汽油或柴油，但也存在使用壓縮天然氣、液化石油氣或液態氫作為替代燃料的情況。根據能否外接電網給動力電池充電，混動汽車可分為插電式混動汽車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle，PHEV）和非插電混動汽車（Hybrid Electric Vehicle，HEV）。由于排放法規越來越嚴苛、汽油價格持續上漲以及國家政策的引導等，近年來我國新能源汽車發展突飛猛進，產銷量快速增長，成為汽車工業發展的一大亮點。

1 混動汽車的發展現狀

中國汽車工業協會數據顯示，2016—2023 年我國混動汽車產量整體呈上升趨勢，如圖1 所示。2020 年以前，我國混動市場以日系的HEV 為主，2021 年以后PHEV 逐漸被大眾接受。隨著以比亞迪為代表的自主品牌強勢崛起，2022 年混動汽車的產量是2021 年的3 倍以上。

注：2023 年為第1 ～3 季度數據。圖1 2016—2023 年我國混動汽車產量

混動汽車之所以在我國快速發展，不僅得益于政策的引導，更是因為它具有許多優點。近年來，由于整車成本大幅下降，再加上其出色的燃油經濟性、行駛平順性、靜謐性以及油門響應速度帶來良好的客戶體驗，混動汽車越來越受到大眾的歡迎。

2 混動汽車的結構類型

混動汽車研發的根本出發點在于提升燃油經濟性，發展更環保的汽車。混動汽車配備燃油驅動系統、電動驅動系統、能量回收系統，可以通過行車計算機實現極其復雜的控制邏輯，讓發動機長時間在最高效的工況下運行，以提升燃油經濟性[1]。根據動力傳動和車輛驅動形式，可以將混動汽車的結構可以分為串聯式、并聯式和混聯式3 種[2]。

2.1 串聯式

串聯式混動汽車依靠電機驅動車輛，發動機不直接驅動車輛行駛，其動力傳遞路徑為發動機→發電機→動力電池→驅動電機→減速器→車輪。該類型動力傳遞路徑單一，結構簡單，成本優勢明顯。

2.2 并聯式

并聯式混動汽車的動力傳遞路徑有2 條：一是發動機→變速器→車輪；二是發動機→發電機→動力電池→驅動電機→車輪。這2 條路徑可以單獨或同時驅動車輛行駛。并聯式混動汽車以發動機為主、電機為輔的方式驅動車輛行駛。

2.3 混聯式

混聯式混動汽車的發動機和電機可同時驅動車輛，也可根據需要獨立驅動車輛行駛，或實現反向充電以實現能量回收。與并聯式相比，混聯式的結構和控制邏輯更復雜，因此更加智能、高效。目前，混聯式技術已經很成熟，是主流的技術路線，采用該技術的典型代表是豐田混動系統（Toyota Hybrid System，THS）。

3 混動汽車總裝工藝

從結構上來分析，混動汽車和常規燃油汽車的總裝工藝差異主要表現在高壓系統和溫控系統。高壓系統包括高壓電流經的部件，如電機、電控系統、電池、充電機及高壓線束等。溫控系統指使用冷卻液進行溫度調控，實現對電池、電控系統、充電機等進行冷卻或加熱的控制系統，包括膨脹壺、水泵、散熱器、加熱器、熱交換器等。

3.1 混動汽車主要模塊

汽車整車總裝是一個極其復雜的過程，整車工藝設計需要對各系統零件進行拆分、重組，形成工藝模塊，以匹配裝配順序、作業人機工程、生產設備、場地面積等因素的要求，下面是幾個典型的工藝模塊。

3.1.1 動總-前懸模塊

動力總成模塊不僅包括發動機、機電耦合變速器、電機控制器，還包含線束、燃油管、冷卻管路等外圍附件，裝配在專用的分裝線上。動力總成模塊與前懸模塊合并后形成動總-前懸模塊，安裝在車身上。

3.1.2 動力電池模塊

動力電池模塊包括動力電池以及按需安裝的線束、蓋板、手動維護開關（Manual Service Disconnect，MSD）、隔熱罩等。由于動力電池尺寸、質量較大，需要使用專用的物流區、輸送線。動力電池合車可選擇隨底盤模塊整體合車，或設立獨立的合車工位、舉升設備。這2 種形式的工藝路線、工藝設備存在很大差異。

3.1.3 溫控系統及管線模塊

混動汽車的溫控系統是熱交換系統，作用是使相關零部件在所有工況下都保持正常的工作狀態。溫控系統的結構極其復雜，主要部件包括膨脹壺、散熱器、加熱器、水泵、熱交換器以及連接這些主要部件的管路。為使溫控系統正常運行，需要配備相應的傳感器及控制計算機。

3.2 典型總裝工藝分析

3.2.1 底盤合車及動力電池安裝

底盤合車是整車裝配流程中最關鍵的工序。合車前，要將所需的底盤零件組裝在一起形成底盤模塊，并通過工裝夾具把相關零件定位、夾緊到所需狀態，使用底盤合車工位將底盤模塊向上舉升或將車身下降，完成底盤和車身的對接。常見的底盤與車身的連接方式為底盤舉升，然后與車身連接[3]。

底盤模塊通常由動總-前懸模塊、后懸模塊、動力電池模塊、燃油箱模塊及排氣系統等組成。根據底盤模塊的集成度不同，可以將底盤合車工藝分為3 種。

第一，低集成模式，獨立合車。動總-前懸模塊、后懸模塊、燃油箱模塊、動力電池模塊分別單獨合車。這種形式各模塊相對獨立，生產線柔性高，對不同車型兼容性好，產線改造容易。

第二，中集成模式。動總-前懸模塊與后懸模塊、排氣管、后傳動軸集成合車，燃油箱模塊、動力電池模塊分別單獨合車。目前，汽車行業正處轉型階段，傳統燃油汽車與混動汽車共線生產的情況非常普遍，混動汽車的加入需要對生產線做較大的改造。采用中集成模式既有效減少了合車工位，又將混動動力電池獨立，生產線較靈活，降低了改造難度和改造成本，對生產線的改造有極大的參考價值。

第三，高集成模式，整體合車。動總-前懸模塊、后懸模塊、排氣管、后傳動軸、燃油箱模塊以及動力電池模塊集成合車，部分車企還集成了前端散熱模塊。這種形式最大的優點在于合車工位少、效率高、產線面積較小。但是，其缺點也比較突出，如柔性低、設備復雜、維護成本高、產線擴展困難等。

3.2.2 溫控系統安裝工藝

溫控系統管線極為復雜，裝配難度大。據統計溫控系統80%～90%的管路布置在發動機艙內，而發動機艙空間小、設計緊湊，是總裝工藝問題的高發區。總裝工藝問題主要包括裝配空間不足、裝配人機不良、擰緊設備無法使用和售后維修困難等。

為避免溫控系統出現裝配問題，工藝工程師需要參與設計早期階段，充分識別風險，并及時提出解決方案，如合理分段、預留合理的手部空間、使用快插接頭等。在生產階段設計合理的工藝模塊，使各模塊在線邊分裝，以減少主線工位，同時達到降低生產線成本的目的。

3.2.3 整車檢測及油液加注工藝

整車檢測需要在傳統車型檢測的基礎上增加混動系統專項檢測，包括動力電池上線前絕緣檢測、整車裝配后的充電座絕緣檢測、針對混動系統的初始化等。由于混動汽車溫控系統比較復雜，需增加相應的冷卻-加熱回路，通常比常規燃油汽車多出1 ～3 道加注工序，如機電耦合變速器冷卻液、電機控制器冷卻液、動力電池冷卻液等的加注。其中，冷卻液加注采用真空加注方式，需配備相應的加注設備。

3.2.4 涉高壓電崗位及防護措施

總裝線上安裝與高壓電有關零件的崗位稱為涉高壓電崗位。涉電崗位為關鍵工序崗位，該工序的操作者應做到3 點要求：第一，需經過相關的操作規范培訓，持證上崗；第二，按需穿戴好勞保用品，使用絕緣工具，如絕緣手套、絕緣鞋等；第三，嚴格按照操作規程作業。

下線車輛檢修如涉及高壓電零件，則必須確保車輛處于斷開狀態，確認組合儀表熄屏后，斷開蓄電池負極、動力電池高壓線束，等待一定時間后方能進行操作（具體流程和參數因車而異）。

4 混動汽車生產線規劃案例分析

當混動汽車在原有燃油車生產線上投產時，如何改造生產線成為總裝工藝的關鍵課題。基于前文對混動汽車結構差異、產品特點、工藝特點的分析，提供一個典型的產線布局案例，為生產線建設和改造提供借鑒。此方案主線由內飾線、底盤線、外裝線、檢查線等構成，相應線體輸送形式包括滑板線、吊裝線和板鏈[4]，具體如表1 所示。

表1 總裝線體形式及輸送形式

該混動汽車生產線是在原有常規動力汽車生產線上改造而成的。由于原底盤輸送鏈無法承載安裝動力電池后的質量，在外裝1 線之后將主線延長，擴展了電池合車線，采用舉升電池的方式完整合裝（同底盤吊裝線），從而解決了底盤線載荷問題和底盤線擴展困難的問題[5]。混線生產生產線改造布局如圖2 所示。

圖2 混線生產生產線改造布局

5 結語

隨著碳中和政策的逐步推進，燃油車向混動車轉變已成為一個大趨勢。關鍵動力方式的變革導致制造工藝的變更，而對于在燃油車時期建立起來的生產線來說，大的變革必然導致大的投入，影響極其深遠。文章分析混動汽車的主要模塊及總裝工藝，闡述了混動汽車生產線的規劃案例，以期為相關人員提供借鑒，并在此基礎上研究出更符合未來新能源車型設計需求的工藝解決方案。