畢建瑋

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院）

隨著國(guó)內(nèi)汽車消費(fèi)市場(chǎng)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)自主研發(fā)車型的設(shè)計(jì)水平、裝配工藝水平也在不斷提高。優(yōu)秀的底盤模塊化設(shè)計(jì)將在整車降本、生產(chǎn)效率提升、減少設(shè)備改造成本等方面帶來(lái)巨大效益。目前國(guó)內(nèi)合資企業(yè)中，底盤模塊集成度較高者已集成了動(dòng)力總成、后懸、制動(dòng)管路、排氣管、加油管、換擋等機(jī)構(gòu)，集成度偏低者一般可集成動(dòng)力總成及后懸，并且國(guó)內(nèi)自主品牌車企在汽車底盤的設(shè)計(jì)上也有進(jìn)一步提升后續(xù)模塊化合車水平的趨勢(shì)。在以往的汽車底盤研發(fā)流程中，通常是前期設(shè)計(jì)方案決定了后期的工藝方案，因此，導(dǎo)致底盤合裝的工藝方案受到了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的約束，部分底盤零部件無(wú)法實(shí)現(xiàn)模塊化的整體合裝，降低了底盤零部件的裝配效率。文章通過(guò)對(duì)底盤結(jié)構(gòu)的解析，梳理出實(shí)現(xiàn)底盤零部件模塊化裝配所需的關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素，并同步開展后續(xù)工藝方案的規(guī)劃（主要為底盤合車臺(tái)板上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)），從而為后續(xù)車型導(dǎo)入階段能夠?qū)崿F(xiàn)底盤模塊化裝配及合車提供了參考。

1 底盤各系統(tǒng)模塊化裝配的設(shè)計(jì)約束及工藝方案

1.1 動(dòng)力總成

1.1.1 設(shè)計(jì)約束

動(dòng)力總成的支撐與定位與發(fā)動(dòng)機(jī)本身的平臺(tái)化設(shè)計(jì)相關(guān)，同平臺(tái)機(jī)型一般采用相同的支撐和定位設(shè)計(jì)，圖1 示出汽車底盤動(dòng)力總成的支撐與定位設(shè)計(jì)。從圖1可以看出，以車身在吊具的物流孔位置為基準(zhǔn)，動(dòng)力總成的支撐、定位點(diǎn)與物流孔的相對(duì)位置保持一致，同時(shí)動(dòng)力總成臺(tái)板預(yù)留滑動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)不同軸距車型的共線需求[1]。前副車架上需預(yù)留定位孔，用于副車架與臺(tái)板的定位。

圖1 汽車底盤動(dòng)力總成的支撐與定位設(shè)計(jì)示意圖

同時(shí)車身上預(yù)留定位孔，用于臺(tái)板與車身的定位。一般情況下，前副車架的定位孔與車身的定位孔難以在X，Y 向保持一致，需采用兩銷兩孔方式。但共線車型的副車架定位孔、車身定位孔相對(duì)于車身物流孔的位置應(yīng)盡量保持一致，避免臺(tái)板重復(fù)改造，圖2 示出汽車底盤動(dòng)力總成合車的孔位約束。

圖2 汽車底盤動(dòng)力總成合車的孔位約束示意圖

1.1.2 工藝方案

動(dòng)力總成在合車臺(tái)板上的關(guān)鍵是定位，其中包括發(fā)動(dòng)機(jī)、前副車架的定位，圖3 示出汽車底盤動(dòng)力總成在合車臺(tái)板上的定位。臺(tái)板與車身的定位方面，若車身定位孔與副車架在臺(tái)板定位孔的X，Y 向坐標(biāo)一致，可采用一銷兩孔方式定位，若車身定位孔與副車架在臺(tái)板定位孔的X，Y 向坐標(biāo)不一致，需在臺(tái)板上增加1 組定位銷與車身進(jìn)行定位。

圖3 汽車底盤動(dòng)力總成在合車臺(tái)板上的定位示意圖

1.2 排氣管

1.2.1 設(shè)計(jì)約束

由于同平臺(tái)車型軸距可能不同、下車體布置方案也不盡相同，通常排氣管跨車型沿用的情況不多，需在工藝上予以應(yīng)對(duì)。

1.2.2 工藝方案

可在臺(tái)板選擇局部位置作為支撐點(diǎn)，采用可扳倒的仿形支撐，如圖4 所示，以解決不同車型共線時(shí)的排氣管支撐問(wèn)題。圖5 示出汽車底盤排氣管在合車臺(tái)板上的支撐。此類支撐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有助于實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，提升了工裝設(shè)備的切換效率[2]。

圖4 汽車底盤扳倒銷在支撐排氣管上的應(yīng)用示意圖

圖5 汽車底盤排氣管在合車臺(tái)板上的支撐示意圖

1.3 后懸

1.3.1 設(shè)計(jì)約束

后懸結(jié)構(gòu)以扭力梁和多連桿這2 種結(jié)構(gòu)形式居多。對(duì)于扭力梁結(jié)構(gòu)，一般在扭力梁安裝支架上預(yù)留定位孔，用于支架在臺(tái)板上的定位（安裝支架在后懸分裝線先分裝到扭力梁上），同時(shí)在車身預(yù)留定位孔，與臺(tái)板上的定位銷配合，以實(shí)現(xiàn)合車時(shí)扭力梁總成與車身的定位。理論上，安裝支架上的定位孔與車身上的定位孔可以做成同一X，Y 向坐標(biāo)位置（一銷兩孔定位），也可以做成不同X，Y 向坐標(biāo)位置（兩銷兩孔定位）。首先基于平臺(tái)化考慮，最好能保證不同車型共線時(shí)，這2 處定位孔相對(duì)位置保持一致，以減少臺(tái)板改動(dòng)量，圖6 示出汽車底盤后懸合車的孔位約束。多連桿結(jié)構(gòu)的后懸定位方式與扭力梁類似，在后副車架上需預(yù)留定位孔，用于后副車架在臺(tái)板上的定位，同時(shí)在車身預(yù)留定位孔，與臺(tái)板上的定位銷配合，以實(shí)現(xiàn)合車時(shí)后懸總成與車身的定位。定位孔的設(shè)置原則也可參照扭力梁的方案。

圖6 汽車底盤后懸合車的孔位約束示意圖

扭力梁與多連桿2 種結(jié)構(gòu)形式的后懸在合車工藝上存在差異。扭力梁后懸合車時(shí)，可以選擇將減振彈簧放在扭力梁上，將壓縮彈簧與合車過(guò)程同步進(jìn)行，但需考慮彈簧壓縮力與車身自身的關(guān)系，如果彈簧壓縮力過(guò)大，需在車身增加壓緊裝置防止車身被頂起，或者在合車過(guò)程中放入彈簧，待合車過(guò)程完成后，采用彈簧壓縮設(shè)備將彈簧壓緊后投入扭力梁與縱梁之間。多連桿結(jié)構(gòu)也分為2 種情況：1）減振彈簧與減振器為一體式；2）彈簧為開放式，裝配后與后縱梁接觸。

在多連桿結(jié)構(gòu)后懸合車過(guò)程中也需考慮后懸彈簧壓裝工藝中彈簧的壓縮力，并增加車身壓緊裝置及保持機(jī)構(gòu)。

1.3.2 工藝方案

以多連桿后懸結(jié)構(gòu)為例，與動(dòng)力總成類似，后懸在合車臺(tái)板上的關(guān)鍵是確保后副車架在臺(tái)板上的定位。臺(tái)板與車身的定位方面，若車身定位孔與副車架在臺(tái)板定位孔的X，Y 向坐標(biāo)一致，可采用一銷兩孔方式定位；若車身定位孔與副車架在臺(tái)板定位孔的X，Y 向坐標(biāo)不一致，需在臺(tái)板上增加1 組定位銷與車身進(jìn)行定位。由于后懸結(jié)構(gòu)中彈性件較多，為保證后懸以設(shè)計(jì)姿態(tài)進(jìn)行合車，合車臺(tái)板上需視具體情況增加必要的保持機(jī)構(gòu)對(duì)后懸的縱臂、連桿等零件的姿態(tài)加以控制。

1.4 制動(dòng)管路

1.4.1 設(shè)計(jì)約束

左后、右后制動(dòng)管的走向一般從前壁板下方經(jīng)前地板、油箱兩側(cè)區(qū)域與制動(dòng)軟管對(duì)接，制動(dòng)管的走向應(yīng)在Y 向與油箱兩側(cè)鈑金避讓合車間隙，避讓制動(dòng)管在合車過(guò)程中與鈑金干涉。其次，固定管路的雙管管夾只能在Z 向卡入車身螺柱，在X，Y 向管夾只保留約束管路走向作用，車身不能預(yù)留安裝螺柱，避免制動(dòng)管及管夾在合車過(guò)程中與螺柱產(chǎn)生干涉，且制動(dòng)管為Z 向舉升裝配，無(wú)法在合車過(guò)程中扣入X，Y 向螺柱。

1.4.2 工藝方案

合車前，制動(dòng)管夾預(yù)置在合車臺(tái)板支撐上，合車過(guò)程中通過(guò)支撐Z 向推力將管夾卡入車身螺柱，圖7 示出汽車底盤制動(dòng)管路合車的工裝結(jié)構(gòu)。制動(dòng)油管集成到底盤模塊對(duì)設(shè)計(jì)約束較大，若共線車型的制動(dòng)管路走向發(fā)生變化，合車臺(tái)板的管夾支撐也要相應(yīng)調(diào)整位置，增加了臺(tái)板設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。

圖7 汽車底盤制動(dòng)管路合車的工裝結(jié)構(gòu)示意圖

1.5 燃油箱

1.5.1 設(shè)計(jì)約束

為提升底盤模塊的裝配效率，保證裝配質(zhì)量，底盤區(qū)域部分安裝點(diǎn)采用自動(dòng)擰緊的方式[3]。燃油箱模塊化后需同步采用自動(dòng)擰緊，油箱在整車布置時(shí)一般需預(yù)留與周邊零部件15 mm 以上的合車間隙，以保證油箱在合車時(shí)不與周邊發(fā)生干涉。油箱的綁帶或油箱本體需設(shè)計(jì)預(yù)留定位結(jié)構(gòu)，與臺(tái)板定位銷匹配，以確保油箱在合車臺(tái)板上的準(zhǔn)確定位。在Z 向上，燃油箱安裝點(diǎn)需保證不被其他零件遮擋，以避讓自動(dòng)擰緊聯(lián)系桿的空間，圖8 示出汽車底盤燃油箱的擰緊機(jī)構(gòu)。

圖8 汽車底盤燃油箱的擰緊機(jī)構(gòu)示意圖

1.5.2 工藝方案

將燃油箱放置在合車臺(tái)板上，通過(guò)綁帶上預(yù)留的定位結(jié)構(gòu)將油箱在臺(tái)板的位置進(jìn)行定位。油箱隨合車臺(tái)板舉升到設(shè)計(jì)位置后，由擰緊軸通過(guò)聯(lián)系桿將油箱安裝點(diǎn)緊固。

1.6 加油管

1.6.1 設(shè)計(jì)約束

加油管的模塊化是在燃油箱模塊化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。一種形式是將加油管焊接到燃油箱一體供貨、合車，圖9 示出汽車底盤加油管與燃油箱焊接總成；另一種形式是將加油管通過(guò)軟管先與燃油箱對(duì)接，再整體合車。底盤模塊集成加油管后，需在加油管上預(yù)留定位孔，與合車臺(tái)板定位銷進(jìn)行匹配，確保加油管以設(shè)計(jì)姿態(tài)進(jìn)行合車。

圖9 汽車底盤加油管與燃油箱焊接總成示意圖

在設(shè)計(jì)上，加油管與車身、加油管與輪罩加油口需預(yù)留10 mm 以上的間隙，確保加油管在合車過(guò)程中不與車身發(fā)生干涉，圖10 示出汽車底盤加油管的布置空間要求。加油管集成后，為預(yù)留加油管管口位置的合車間隙，無(wú)法采用焊接的加油口盒方案，需改用塑料加油口盒。在加油管合車完成后，將加油口盒安裝到側(cè)圍上。

圖10 汽車底盤加油管的布置空間要求示意圖

1.6.2 工藝方案

由于加油管整體呈細(xì)長(zhǎng)狀，為保證加油管在合車過(guò)程中姿態(tài)的穩(wěn)定，需在臺(tái)板上增加定位銷與加油管上的定位孔（需設(shè)計(jì)預(yù)留）配合進(jìn)行定位，或在臺(tái)板上增加夾持機(jī)構(gòu)，夾持加油管本體進(jìn)行扶正以保持其合車姿態(tài)。

1.7 換擋操縱機(jī)構(gòu)

1.7.1 設(shè)計(jì)約束

換擋操縱機(jī)構(gòu)的模塊化需基于排氣管隔熱罩模塊化來(lái)實(shí)現(xiàn)，隔熱罩定位在合車臺(tái)板后，由隔熱罩提供結(jié)構(gòu)來(lái)定位、支撐換擋操縱機(jī)構(gòu)，圖11 示出汽車底盤換擋操縱機(jī)構(gòu)與排氣管隔熱罩的結(jié)構(gòu)關(guān)系。換擋器底座預(yù)置在隔熱罩上，隨隔熱罩一起合車換擋器底座前端為圓形凸起結(jié)構(gòu)，隔熱罩預(yù)留孔位，起穩(wěn)定底座及限位作用

圖11 汽車底盤換擋操縱機(jī)構(gòu)與排氣管隔熱罩結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖

1.7.2 工藝方案

在裝配環(huán)節(jié)中，換擋拉索必須先與變速器端在分裝線完成連接，同時(shí)換擋拉索出線端到變速器連接端之間不能有與車身前圍板區(qū)域的固定關(guān)系，否則底盤合車后，因空間受限將無(wú)法進(jìn)行裝配。由于換擋操縱機(jī)構(gòu)在合車完成后與車身存在打緊的裝配關(guān)系，因此，在其合車過(guò)程中需在臺(tái)板上進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，或者通過(guò)換擋操縱結(jié)構(gòu)上自帶螺柱的方式，保證合車后換擋操縱機(jī)構(gòu)與車身安裝孔準(zhǔn)確對(duì)正，圖12 示出汽車底盤換擋操縱機(jī)構(gòu)在合車臺(tái)板的定位。

圖12 汽車底盤換擋操縱機(jī)構(gòu)在合車臺(tái)板的定位示意圖

1.8 排氣管隔熱罩

1.8.1 設(shè)計(jì)約束

排氣管隔熱罩完成合車后，一般通過(guò)擰緊軸進(jìn)行擰緊，一方面要求隔熱罩的安裝點(diǎn)需避讓出擰緊空間，確保合車臺(tái)板上聯(lián)系桿的布置空間；一方面要求隔熱罩的安裝點(diǎn)需為Z 向擰緊的方式，避免出現(xiàn)X，Y 向擰緊。

1.8.2 工藝方案

排氣管隔熱罩預(yù)置在合車臺(tái)板支撐上，其固定方式有2 種：1）在臺(tái)板合車時(shí)將夾片卡入車身螺柱固定隔熱罩；2）用螺栓打緊的方式，隔熱罩合裝到位后，擰緊軸通過(guò)聯(lián)系桿將隔熱罩各安裝點(diǎn)打緊，圖13 示出汽車底盤排氣管隔熱罩的擰緊機(jī)構(gòu)。

圖13 汽車底盤排氣管隔熱罩的擰緊機(jī)構(gòu)示意圖

2 結(jié)論

文章以底盤模塊化裝配的實(shí)現(xiàn)為研究對(duì)象，通過(guò)在底盤平臺(tái)概念設(shè)計(jì)階段提出相關(guān)的工藝約束，尤其是涉及產(chǎn)品上相關(guān)定位孔的設(shè)計(jì)預(yù)留、管路走向、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零件布置上的裝配空間及合車間隙預(yù)留等，在新車型導(dǎo)入產(chǎn)線階段實(shí)現(xiàn)了部分底盤零件模塊化裝配。目前，動(dòng)力總成和后懸的模塊化已普遍運(yùn)用，但制動(dòng)管路、換擋操縱機(jī)構(gòu)、燃油箱、加油管等的模塊化原因尚未普及，在后續(xù)的整車項(xiàng)目開發(fā)及導(dǎo)入時(shí)可開展搭載驗(yàn)證，從而進(jìn)一步提升整車底盤的裝配質(zhì)量與效率。