純電動汽車底盤合裝與自動化工藝技術的應用

摘要：純電動汽車底盤合裝工藝繁瑣，是汽車企業生產節拍提升的主要瓶頸。依托實際項目，提出了一種可以應用于多種車型柔性化生產的純電動汽車底盤合裝的工藝方法，并研究了機器人與AGV協作的自動化工藝技術，實現了純電動汽車底盤合裝生產節拍的提升，為車企進一步提高生產線的自動化水平與生產效率提供了應用經驗。

隨著大家環保意識的提高，大氣污染問題越來越受到關注，而汽車尾氣又是大氣污染的主要來源之一。為實現碳排放達峰和碳中和的雙碳目標，促進純電動汽車的發展，已是我國在交通領域能源革新的必然選擇。

由于電池與智能化技術的進步、政策的推動以及消費者環保意識的提升，純電動汽車越來越受歡迎，因此，各大車企加大了對純電動汽車的研究與生產[1]。純電動汽車底盤合裝線是其生產線中重要的一個環節，現車企底盤合裝線多是采用AGV輔助人工的方式進行半自動裝配運行，即AGV搭載舉升機構，通過一定的導航方式按照設計好的路線，跟隨裝配主線移動到相應的作業工位，通過人工輔助完成上料、裝配擰緊等合裝過程2，3]。隨著工業機器人的不斷發展，其在裝配生產線中的運用已經相當成熟[4，5]，機器人可以實現零部件的自動抓取，避免人為錯誤，并能加快汽車裝配節拍，提升生產效率。

本文根據某汽車企業項目，規劃設計了其純電動汽車底盤合裝線的工藝，實現了工藝流程的合理性、安全性、標準性和柔性化。同時設計了機器人與AGV上料的自動化工藝技術，進一步提升底盤合裝工藝的自動化與智能化程度，并使純電動汽車底盤合裝線的節拍縮短，產能提高，經濟效益提升。

純電動汽車底盤的模塊劃分

底盤作為車輛的支撐架構，扮演著為其他關鍵部件提供穩固支撐的重要角色，并保障車輛在行駛過程中的穩定性。純電動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，負責確保操控穩定性以及提供乘坐舒適性。前懸模塊的各個組件通過精密的裝配和調試，共同實現車輛的懸掛功能。下擺臂、前橫向穩定桿、前支柱總成等組件相互協作，確保車輛在行駛過程中的穩定性和操控性。同時，前減速器及其懸置系統、驅動軸等部件也發揮著重要作用，共同實現車輛的動力傳遞和行駛功能。

后懸模塊連接著車身與后輪，它負責支撐車身質量、吸收路面震動、確保操控穩定性以及提供乘坐舒適性。后懸模塊通常包含復雜的連桿機構、彈性元件、減振裝置以及控制臂等組件，這些組件通過精密的設計和裝配，共同實現后懸模塊的功能。

電池模塊是由多個電芯通過串聯或并聯方式組裝而成，還包含導電連接件、模組控制單元、塑料框架及冷卻系統等組件。

某純電動汽車底盤合裝工藝的設計

根據某純電車企底盤合裝的技術需求以及純電動汽車底盤的模塊化劃分結果，完成了對其底盤合裝AGV生產線工藝流程的設計，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計。

1.前后懸合裝工藝流程設計

分裝線組裝好的部件移交到前后懸合裝線后，具備三舉升系統的前后懸合裝AGV小車，承載著前后懸部件按照規劃的路線與速度在汽車底盤合裝總線上運行，到達合車站工位后，AGV小車激光同步追蹤白車吊具上的光靶，以實現二者位置的對正。位置信號同步后，AGV小車與白車身同步到達前懸合裝工位與后懸合裝工位，隨后主線控制系統控制吊具下降，下降到位后，主線控制系統向AGV控制系統發送安全信號，接收到信號的AGV小車控制承載著前后懸的兩個舉升系統舉起，到位后，AGV系統發送到位安全信號，此時站在第三舉升平臺上的操作人員到達工位，即可以開始通過定位孔與定位銷將白車身與前后懸進行定位，進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完成按鈕后，白車身吊具升起，AGV小車舉升系統下降，同步運行到分離站工位后，二者同步信號解除。若需要更換托盤，則AGV小車運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上料工位，等待機器人上料；若不需要更換托盤，AGV小車則自動運行到前后懸自動上料工位。

2.電池合裝工藝流程設計

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

機器人與AGV上料的自動化工藝技術的設計

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，為加快生產節拍，提高底盤合裝效率，設計了機器人與AGV上料的自動化工藝技術，由機器人完成AGV的自動化上料和對接，進一步提高純電動汽車生產線的自動化水平，以提升該車企的生產效益。

前后懸分裝線以及電池分裝線將各部件裝配完畢到達交料工位后，控制系統向機器人發送部件到達工位的信號，機器人轉動到抓取工位，視覺定位系統在部件的正上方與斜 方向上對部件上的識別點進行拍照，完成對部件的視覺定位，最后根據定位結果機器人再對自身的運動參數進行修正，最后完成抓取動作。

機器人完成部件的抓取后，會轉動到等待工位進行等待。合裝線上的AGV小車運動到上料工位前，會向控制系統發出是否可以駛入的信號，收到可以駛入的信號后到達上料工位，此時控制系統再向機器人發送AGV已到達上料工位的信號，機器人收到信號后轉動到上料工位，視覺系統對AGV托盤上的識別點進行視覺識別定位，對運動參數修正后，完成部件與AGV的自動上料與對接。交接部件后，機器人回到等待工位，等待控制系統發出分裝線部件已到達交料工位的信號。

機器人的工位設計有安全護欄與保護光柵，如圖3所示。當控制系統向AGV發送可以駛入的信號后，安全保護光柵關閉，AGV駛入，AGV到料后，控制系統收到到位信號，安全保護光柵再次開啟，當AGV完成裝料后向控制系統發出需要駛離的信號后，安全保護光柵再次關閉，帶AGV離開后，安全保護光柵再次開啟。在安全保護光柵開啟的狀態下，若有人或是其他物體進入，整個系統會發出報警信號。

應用效果分析

1.工藝流程效果分析

根據純純電動汽車底盤的模塊劃分以及實際生產需求，科學合理地設計了工藝流程，實現了相應的工藝流程效果。

1）實現了生產線的合理布局與空間優化。按底盤合裝工藝順序，合理安排各工位，通過合理的布局設計，可以實現生產線的平衡和順暢，確保物料和車輛有序流轉，并考慮空間利用率和生產流程的優化，以減少物料搬運和等待時間，提高生產效率和質量。

2）實現了生產線更高程度的自動化與安全性。在分裝線與合裝線零部件的移交工藝流程的設計中，改

變了以往人工移交裝配的方式，設計了機器人與AGV上料的自動化工藝技術，從而進一步提高了該生產線的自動化水平。所設計的工藝流程考慮到生產線的安全性，設計了必要的安全措施和防護措施，在機器人工位設計了安全保護光柵，在其他工位也設計了安全護欄，并在各個生產線、AGV小車以及人工操作工位等都設置了緊急停機按鈕，以確保操作人員的安全。

3）實現了生產線的標準化與柔性化。所設計的生產線采用了標準化的托盤、夾具和定位裝置，實現了生產線的標準化。在總體設計中預留設備增加、工位擴展的空間，以滿足生產規模擴大需求。并在合裝線上設計了托盤切換工位，通過調換托盤、調整工位間距、設備參數等，以適應不同車型、底盤結構的合裝需求，實現不同車型之間的快速切換和生產，提高生產線的靈活性和柔性化。

2.生產節拍與經濟效益分析

所設計的工藝流程中，改變以往的分裝線與合裝線移交部件人工裝配的方式，設計機器人與AGV上料的自動化工藝技術，進一步縮短了生產線的生產節拍時間，提高了經濟效益。

將所設計的工藝流程應用于某純電動汽車的底盤合裝中，且將機器人應用到分裝線與合裝線移交工位，生產節拍由90JPH縮短為70JPH，每小時可完成51臺純電動汽車的底盤合裝，提高了底盤合裝產能。

結語

對某純電動汽車底盤合裝AGV生產線的工藝流程進行了設計與規劃，實現了生產線的布局合理與空間優化，提高了生產線自動化程度與安全性，并保證了生產線的標準化與柔性化。所設計的工藝流程中研究應用了機器人與AGV上料的自動化工藝技術，減少操作工人的同時，也將生產節拍從90JPH縮減到70JPH，實現了生產成本的降低，并提高該車企純電動汽車底盤合裝的自動化水平、生產效率與經濟效益。

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