朱逸豪

（上汽大众汽车有限公司，上海 201805）

0 引言

在工业4.0 的浪潮下，在“新四化”的基础上，“柔性化”“模块化”“自动化”是当今汽车制造工业所发展的方向，工艺技术革新日新月异。面对机遇和挑战，底盘合装作为总装车间的关键点，一直以来都是自动化和节拍提升的瓶颈，也是KPI 的关键指标。相对于分体式人工辅助合装，整体式自动合装工艺在自动化、人力节省、效率 提升、拧紧质量保证等方面有较大优势，应用越来越广泛[1]。

1 底盘托板

汽车底盘一般分传动系、行驶系、转向系、制动系，对于整车厂的总装车间而言，底盘零件的总成供货包括发动机/电机、变速箱、副车架、前桥、后桥、避震、前后排气管、油箱/电池包等。这些底盘零件均需要在底盘托板上通过定位销及支撑面进行精确定位（一般采取两点一面的原则），作为后续合装过程的稳定并精准完成的基础。在上汽大众汽车有限公司（以下简称“大众”）的标准化工厂中，底盘托板一般分前、中、后三块托板以及大底板托板组成（图1）。

图1 底盘托板构成

1.1 切换方式

对于多车型在同一车间柔性生产的情况，为尽可能减少托板变种达到降本的目的，在仅是局部差异且周边空间足够的前提下，可以考虑在托板的定位销采用插拔、翻倒、滑动等定位销切换方式。图2 是大众某厂使用的前托板，设计制造时考虑了兼容各车型及动力总成。

图2 底盘前托板

其中，滑动式的设计可参见图2 中位置3 的变速箱支撑，翻倒式的设计可参见位置12 的动力总成定位销（可绕图示右侧翻倒），插拔式的设计可参见位置7 的动力总成右侧横梁销（图3～图5）。

图3 滑动式定位销

图4 翻倒式定位销

图5 插拔式定位销

如果出现多车型对应的零件定位方式基本一致，如仅仅是因为车型的轴距不同而导致的零件在XY 平面内的前后滑移，则在设备规划的改造上首选考虑增加托板导轨并附加锁止机构，以达到托板定位兼容的目的。

如果出现部分零件结构差异较大，无法使用同一块托板做到兼容各车型配置定位的情况，如在后桥零件上扭力梁与独立悬挂设计差异较大，那么可以采取在存储库区切换整块后托板的方式进行后续的零件安装定位。

1.2 制造精度

目前大众的标准化工厂基本上采用整体式合装，对于托板及其上的定位机构精度要求极高，在托板装配完成的情况下，一般精度公差要求为±0.35 mm。出于对安全的考虑，一些关键定位销（如发动机变速箱定位销、排气管挂钩定位销），需要控制在±0.2 mm 之内。装配托板后，也需要上三坐标进行复测，以确保尺寸符合生产要求。

1.3 存储线

托板存储线一般位于总装车间的二楼钢平台上，前、中、后三块托板的数量取决于整个车间的产能、车型平台（如MQB A0、MQB A1、PQ34）等。为节省面积，存储道一般采取上下分层的设计，双层均会使用倍速链保证输送的稳定可靠性。在安装时需要特别注意，空托板的辊床轴线需要与升降机的轴线重合（包括底盘合装OP 线以及底盘预装线），同时在安装顺序上建议先将托板抓手安装到位、再开始辊床的安装。避免顺序颠倒后，导致的两者空间干涉风险以及抓手安装难度增加，并有可能损坏辊床。

2 底盘与车身合装

“合装”在总装车间的意思是指，将底盘托板上已经精准定位的底盘零件，固定至车壳子、与之结合的过程。在英文中，将此工序称之为“Marriage”，由此可见合装这一工序在整车制造过程中的重要性。

2.1 合装输送线

目前整车厂的合装主要输送形式主要分板带式和与链床式，与板带式相比，链床式的预装线无需挖地坑且柔性更好、噪声更低，在大众标准化工厂中被广泛应用（图6～图7）。

图6 板带式输送

图7 链床式输送

2.2 合装托板精度补偿

由于自动合装牵涉到的尺寸链过程极多，也考虑到实际生产中的复杂工况，为提高合装的一次合格率，能够满足车间的高JPH 生产，托板会设置“摇篮式”的浮动机构。通常情况下，前、中、后托板相对于大托板的浮动量可以达到5 mm 左右。如果系统定位精度非常高，生产过程的一致性也保持的很优秀，则可以使用刚性销进一步保证合车的可靠度。以大众某厂为例，前、中托板设计无浮动，后托板在X 向有±2 mm的浮动间隙。

2.3 合车站

在标准化工厂的底盘合装线中，从托板带着底盘零件与车身结合，再到零件拧紧后车身与托板分离，跨度约10 个工位（图8）。合车站就是OP10 工位，是整个大众集团“一体式底盘”的实现工位，为此在产品开发之时，就为整体式合装考虑了车身RPS 孔和车身侧压钩孔，设备规划部门也在工艺实现的过程中增加一些过程工艺，从产品的开发到工艺规划共同来保证汽车底盘合装工位安装和理论基础研究[2]。

图8 底盘合装工位

在OP10 有两个关键定位，分别是确保吊架基础位置的吊架定位销、辊床定位销和托板的定位（图9），依靠这两个基础定位保证了底盘与车身间的相对位置关系。在入站的过程中，底盘和车身均为X 向运动，相对于输送线而言是静止的。

2.4 自动拧紧

在OP10 完成车身与底盘的“合”之后，接下来就进入“装”的部分。底盘模块的拧紧点相对数量多、扭矩大，大多数情况下采用自动拧紧，拧紧枪由伺服机构带动。相较而言，三轴分体的拧紧台比整体式的更适合多车型的柔性生产（图10～图11）。拧紧塔的底座可以整体在X 方向上伺服移动。固定在拧紧塔上的拧紧枪则可以沿着Y 向伺服移动，基本上保证了XY 平面内的全覆盖。拧紧枪可以在Z 向上升，通过底盘托板的弹簧螺栓杆传递，完成螺栓的拧紧。

图10 分体式全自动伺服拧紧轴

图11 整体式全自动伺服拧紧轴

从成本的角度考虑，越来越多的整车厂也开始使用协作机器人带着充电枪的自动拧紧方式，来替代操作工做一些非A/B 类螺栓如油箱绑带的自动拧紧。图12 为大众某厂在OP20 使用协作机器人拧紧的应用，目前协作机器人的品牌主要有UR、发那科、库卡、遨博等10 余家平台。随着协作机器人的能力提升，成本下降。使用协作机器人进行自动拧紧在不久的将来也一定会得到越来越广泛的应用。

图12 协作机器人自动拧紧

3 螺栓拧紧

在总装装配和测试过程中，所涉及的TLD 零件、Kat.A 和Kat.B 螺栓一般定义为D 特性零件。由于底盘零件主要涉及车辆的安全性及功能性，以燃油车为例，底盘零件的A、B 类螺栓大约占到所有螺栓的30%。

（1）TLD：关于存档的技术文件（Technical Guidelines for Documentation）。

（2）Kat.A：与安全相关的螺栓（一个螺栓失效会间接或者直接伤害人身和生命的危险）。

（3）Kat.B：与功能相关的螺栓（失效会导致汽车抛锚）。

3.1 螺栓拧紧过程

为了在车辆制造过程中对这些重要零件和安全件进行重点拧紧控制，相比于常规的充电枪仅能够判定拧紧的终值扭矩，高精枪因为对螺栓拧紧的过程进行三级监控，并将过程及结果上传服务器而更受到各整车厂的青睐。高精枪的拧紧过程一般分为找帽阶段、中值扭矩阶段、终值扭矩阶段。图13 为某个KAT.B 的AD 类的螺栓拧紧，在中值扭矩阶段的监控窗口。该螺栓中值扭矩为22.5 N·m AD18，在高精枪内部程序设置扭矩监控参数范围19.125～25.875 N·m 之外，还会额外监控达到该扭矩的转动角度。

图13 三级监控参数设置窗口

为确保螺栓的整个拧紧过程控制，以AD 类螺栓为例，对于监控窗口的角度参数的设置，一般至少需要收集100 个以上的合格螺栓拧紧过程曲线的结果，再通过三西格玛进行反算得到各阶段的角度监控范围。

拧紧连接真正需要的是夹紧力，而并非仅仅扭矩。为确保拧紧的可靠性，即使拧紧结果合格（拧紧终值落在监控窗口内），车间也会定期对拧紧曲线进行抽检，确保曲线在整个拧紧过程的合理性。例如因为不合格的材料导致的蠕动问题，或两工件的螺纹间有毛刺碎屑引起的扭矩波动问题，这些可能会导致后道失效的过程问题，都需要通过拧紧曲线的全过程进行分析，进而得到控制。图14 是典型的拧紧过程脱枪拧紧曲线，在接近却未到终值扭矩8 N·m 时套筒离开工件。

图14 拧紧过程脱枪拧紧曲线

3.2 螺栓拧紧数据上传流程

这些螺栓的拧紧结果以及过程参数需要上传服务器，并进行记录存档，以便日后追溯（如大众要求15 年可追溯）。总装车间的底盘线一般采用PC 识别车型，PLC 调取高精枪程序进行拧紧的方式进行生产。

对于底盘线的车型识别、高精枪使能，螺栓拧紧过程，螺栓拧紧结果上传，比对螺栓编号的整个过程，经过调查研究，以及各总装车间的横向对比，制作了简易流程（图15）。

图15 底盘螺栓拧紧数据流程

车辆过M01后，服务器通过FIS 系统获取车辆的订单配置信息，并截取有效信息（如大车型、发动机、变速箱、排放等级等）下发至现场的两台PC。命名PC 将该订单的有效车型信息与已经设定的车型配置表进行翻译配对（图16，其中0C1 代表A 大车型，0C2 代表B 大车型，DG6 代表细分1.4 T 发动机，MY2 代表细分1.2T 发动机），并录入RFID 芯片/AGV。再通过PLC，调取相应的拧紧程序高精枪使能（图17）。拧紧结果反馈至Line PC，并将生成完整的螺栓编号上传至FIS 服务器。同时服务器通过预设的车型螺栓配置表（Result 表），根据订单计算出该车型配置应打的螺栓列表，与现场的拧紧结果进行比对，做到拧紧不遗漏的闭环。

图16 底盘车型配置翻译

4 结束语

在电动化、智能化、网联化、共享化的号召下，汽车技术创新的步伐越走越快。底盘合装是总装车间的核心点，本文结合大众标准化工厂，主要研究合装涉及的底盘托板、合装过程、螺栓拧紧。底盘合装涉及的子课题多而且复杂，对此进行深入研究能够使整车的生产更加稳定高效且低成本化，为追求柔性化、模块化、自动化的生产过程带来更多可能，对于提升企业竞争力具有重要意义。