基于純電動(dòng)汽車總裝工藝分析

賴學(xué)明

摘要：近年來(lái)我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，在新產(chǎn)品開發(fā)、配套設(shè)施、政策變化等影響較為突出。本文簡(jiǎn)要介紹了我國(guó)純電動(dòng)汽車發(fā)展現(xiàn)狀，提出純電動(dòng)汽車總裝工藝差異性分析邊界條件，分析純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車的工藝差異，并對(duì)純電動(dòng)汽車總裝工藝發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)和分析。新能源汽車發(fā)展趨向于智能化、網(wǎng)絡(luò)化。

關(guān)鍵詞：新能源;電動(dòng)汽車;產(chǎn)業(yè)發(fā)展;總裝工藝;發(fā)展趨勢(shì)

1? 我國(guó)純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)新能源汽車研究起步于國(guó)家“863”計(jì)劃?！半妱?dòng)汽車重大科技專項(xiàng)”確立了以混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車、氫燃料電池汽車為“三縱”，以多能源動(dòng)力總成控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和動(dòng)力電池為“三橫”的“三縱三橫”研發(fā)布局。我國(guó)在純電動(dòng)汽車相關(guān)領(lǐng)域研發(fā)項(xiàng)目中投入巨額資金，推動(dòng)純電動(dòng)汽車技術(shù)不斷發(fā)展。目前我國(guó)純電動(dòng)汽車整體技術(shù)已能夠達(dá)到或非常接近國(guó)際水平，部分產(chǎn)品性能指標(biāo)已達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平，續(xù)航里程、可靠性、安全性、動(dòng)力性水平不斷提升，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益持續(xù)優(yōu)化。相對(duì)于特斯拉、寶馬、日產(chǎn)等國(guó)際一流純電動(dòng)生產(chǎn)企業(yè)，在新產(chǎn)品開發(fā)上，國(guó)內(nèi)絕大部分電動(dòng)汽車都是基于傳統(tǒng)車型底盤改制開發(fā)的，缺少全新設(shè)計(jì)的一體化電動(dòng)底盤，車輛平臺(tái)化、模塊化、整體性有待進(jìn)一步提高;在輕量化新材料應(yīng)用方面，我國(guó)的輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)相對(duì)落后，輕量化新材料應(yīng)用有限[1]。

2? 總裝工藝差異性分析邊界條件

電動(dòng)汽車類型按照動(dòng)力與能源提供方式的不同，可分為燃料電池汽車（FCV）、增程式電動(dòng)汽車（EREV）、插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）、純電動(dòng)汽車（EV）、混合電動(dòng)汽車（HEV）5種類型，本次討論的總裝工藝差異分析僅以純電動(dòng)汽車（EV）為基礎(chǔ)。近些年，國(guó)內(nèi)外各大車企都在積極推動(dòng)車型的平臺(tái)化，并且部分廠商已經(jīng)取得了一定的成就，其中最為熟知的有大眾的MQB平臺(tái)、豐田的TNGA平臺(tái)及雷諾-日產(chǎn)聯(lián)盟的CMF平臺(tái)等。所謂的共平臺(tái)車型，對(duì)于總裝車間的通過性分析而言，最重要的幾個(gè)底盤參數(shù)是一致的。例如：車身底盤主定位銷孔的X/Y方向尺寸和孔徑、車身裙邊寬度、車身后部（如縱梁）可支撐位置等，為最大程度降低新車型開發(fā)與制造成本。根據(jù)市場(chǎng)的需求，現(xiàn)階段各主機(jī)廠推出的純電動(dòng)汽車往往是在燃油車的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，在生產(chǎn)往往需要混線共線多款車型;本文討論的三種車型分屬于三個(gè)不同的車型平臺(tái)，包括6款車型，三個(gè)平臺(tái)車型的基本參數(shù)如表1所示。

國(guó)內(nèi)主流汽車主機(jī)廠總裝車間的生產(chǎn)線布局方案大致有方案一：內(nèi)飾線-底盤線-終裝線;方案二：內(nèi)飾線-底盤線-底盤線-終裝線;方案三：內(nèi)飾線-底盤線-終裝線三種形式，如圖1所示。不同的工藝布局方案對(duì)節(jié)拍與產(chǎn)能影響較大。

3? 純電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車的差異工藝分析

3.1 電機(jī)裝配懸置差異

電機(jī)有左懸置和右懸置，電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成（電機(jī)+變速箱）有前懸置、后懸置、左懸置（或右懸置）;前后懸置與車身或副車架的連接在裝配工藝上需根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要對(duì)傳統(tǒng)的底盤大總成合裝工藝需進(jìn)行一定的改造，并設(shè)置獨(dú)立的電機(jī)合裝AGV顯得靈活度更高。

3.2 電機(jī)裝配前后驅(qū)動(dòng)方式差異

傳統(tǒng)乘用車的驅(qū)動(dòng)方式多為前置前驅(qū)，前置后驅(qū)，前置四驅(qū)，整車只有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī);當(dāng)對(duì)于新能源車而言，由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣控制的簡(jiǎn)單化，多采用前置前驅(qū)、后置后驅(qū)，前后軸獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，整車可以存在一個(gè)或多個(gè)電機(jī);動(dòng)力總成布置位置的靈活性更高，對(duì)混線生產(chǎn)工裝設(shè)計(jì)的要求更高;特別是后驅(qū)時(shí)，動(dòng)力總成與車身的連接工藝將是最關(guān)鍵的部分，通過分析表明，動(dòng)力總成獨(dú)立合裝的靈活性要更好。

3.3 電機(jī)裝配整車配重問題

當(dāng)動(dòng)力總成、副車架、后橋和動(dòng)力電池已獨(dú)立的形式單獨(dú)合裝，而底盤吊具的吊掛位置位于車身中部時(shí)，整車必須考慮前后端的配重問題，特別是針對(duì)后置后驅(qū)的車輛，底盤總裝合裝工藝較優(yōu)的路線：電機(jī)總成-前橋總成-后橋總成-動(dòng)力電池總成[2]。

4? 純電動(dòng)汽車裝配工藝特點(diǎn)分析

4.1 動(dòng)力電池

純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的裝配有三種類型：電池包與車身一體式電池，固定裝配式電池，可換電式電池。隨著生產(chǎn)節(jié)拍的持續(xù)提升，電池的吊運(yùn)節(jié)拍將成為瓶頸工序，必須考慮一定的自動(dòng)化輸送與轉(zhuǎn)接設(shè)備，動(dòng)力電池在主機(jī)廠的線前檢測(cè)也是很有必要的。

純電動(dòng)汽車的充電工藝規(guī)劃包括：充電樁的布置位置、快慢充樁的數(shù)量分配比例?？炻錁兜脑O(shè)置數(shù)量受到的影響有：動(dòng)力電池種類、設(shè)計(jì)整車要求入庫(kù)帶電量、環(huán)境溫度、SOC電量標(biāo)定、電池入庫(kù)帶電量、整車路試需求、庫(kù)存時(shí)間等。充電樁工藝規(guī)劃時(shí)必須充分考慮電池的供貨狀態(tài)和產(chǎn)能規(guī)劃需求。

4.2 控制系統(tǒng)

電動(dòng)汽車控制模塊具有可移植性特點(diǎn)，根據(jù)整車開發(fā)時(shí)的產(chǎn)品定位與制造成本，設(shè)計(jì)人員會(huì)對(duì)各控制模塊進(jìn)行組合搭配，形成不同的高壓模塊布置方式。對(duì)總裝工藝設(shè)計(jì)的影響主要是混線生產(chǎn)的工位平衡問題，以及搬運(yùn)機(jī)械手的夾具通用性。純電動(dòng)汽車一般有10-15個(gè)控制程序，由于控制策略的不斷完善，需要對(duì)某些控制程序（VBU、MCU、BMS等）進(jìn)行升級(jí);每一次程序的升級(jí)，都需要對(duì)庫(kù)存零部件、在制品、庫(kù)存整車進(jìn)行程序刷寫，都會(huì)產(chǎn)生不小的工作量;目前國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車多采用P-CAN通過OBD接口進(jìn)行單車程序刷寫，效率較低;開發(fā)遠(yuǎn)程在線升級(jí)非常有必要，特別是針對(duì)市場(chǎng)已售車輛的程序升級(jí)。電動(dòng)汽車上配置自適應(yīng)巡航、自動(dòng)緊急制動(dòng)、盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)、車道偏離預(yù)緊系統(tǒng)、全景影像、自動(dòng)泊車等功能越來(lái)越普及，總裝工藝規(guī)劃需要考慮各控制模塊的檢測(cè)與標(biāo)定，在規(guī)劃時(shí)需根據(jù)標(biāo)定模塊的多少評(píng)估工時(shí)，從而決定需設(shè)置設(shè)備的臺(tái)數(shù)。

4.3 整車測(cè)試與平臺(tái)監(jiān)控

針對(duì)純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的特殊要求，主機(jī)廠會(huì)設(shè)計(jì)一系列工藝流程，例如動(dòng)力電池檢測(cè)、整車淋雨底噴試驗(yàn)、安規(guī)檢測(cè)、路試涉水試驗(yàn)、快慢充檢測(cè)。電動(dòng)汽車裝配由數(shù)據(jù)采集器與SIM卡，可實(shí)時(shí)采集車輛各控制器的運(yùn)行參數(shù)，并通過SIM卡發(fā)送給遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái);為實(shí)現(xiàn)監(jiān)控平臺(tái)對(duì)整車的綁定，需在生產(chǎn)過程中通過MES對(duì)各控制器（電機(jī)、電池、PDU、MCU等）的產(chǎn)品編號(hào)進(jìn)行采集，與整車VIN碼綁定后統(tǒng)一上傳至監(jiān)控平臺(tái);為避免采集到“虛假”的參數(shù)而誤導(dǎo)監(jiān)控平臺(tái)，在整車入庫(kù)前需對(duì)各控制器進(jìn)行故障碼清除（清除故障碼需使用專用的故障針對(duì)儀）。

4.4 定制化生產(chǎn)與整車庫(kù)存管理

由于電動(dòng)汽車控制模塊的可移植性及驅(qū)動(dòng)模塊的簡(jiǎn)化，使得同一車型可以衍生出很多不同配置的車型，特別是針對(duì)分時(shí)租賃汽車或共享汽車公司的定制化需求，對(duì)于PBOM的配置化管理和工藝文件的維護(hù)提出很大的挑戰(zhàn)，因此，開發(fā)滿足定制化需求的BOM管理系統(tǒng)成為必需。整車庫(kù)存的管理，主要是對(duì)“大小電池”的管理-動(dòng)力電池與12V蓄電池;針對(duì)不同類型的動(dòng)力電池，在長(zhǎng)時(shí)間靜止放置的情況下，會(huì)造成動(dòng)力電池單體電芯的壓差，對(duì)電池產(chǎn)生不可逆的損傷;由于SIM卡的運(yùn)行，以及12V蓄電池的自放電，時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，會(huì)造成蓄電池的虧電，影響車輛啟動(dòng)。

5? 純電動(dòng)汽車總裝工藝發(fā)展趨勢(shì)分析

5.1 車身結(jié)構(gòu)變化

隨著針對(duì)純電動(dòng)汽車正向開發(fā)的車身越來(lái)越多，純電動(dòng)汽車車身在前機(jī)艙、駕駛室、底盤將發(fā)生很大的變化。

5.2 動(dòng)力系統(tǒng)高效化

電機(jī)、減速機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制模塊的集成優(yōu)化，進(jìn)一步提高動(dòng)力系統(tǒng)的綜合效率與整車能量效率，以及輪轂電機(jī)在純電動(dòng)汽車上的逐步應(yīng)用。在未來(lái)一段時(shí)間，隨著各品牌電動(dòng)汽車的陸續(xù)上市，以及針對(duì)純電動(dòng)汽車的車身開發(fā)，動(dòng)力系統(tǒng)將是底盤模塊中變化最大的部分，這對(duì)傳統(tǒng)底盤大總成的裝配將產(chǎn)生更大的挑戰(zhàn)。

5.3 車身及零部件設(shè)計(jì)輕量化

電動(dòng)汽車車身逐步由傳統(tǒng)車型改制而來(lái)轉(zhuǎn)變?yōu)槿麻_發(fā)，并大量應(yīng)用鋁合金擠壓件、沖壓件和鑄件，客車車身逐步實(shí)現(xiàn)全鋁骨架，乘用車可實(shí)現(xiàn)碳纖維材料與鋁合金、高強(qiáng)度鋼混合的車身結(jié)構(gòu)。車門、機(jī)艙罩、翼子板等部件應(yīng)用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。在電動(dòng)汽車的輕量化中，動(dòng)力電池系統(tǒng)的輕量化舉足輕重，電池包機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，最大限度地提升電池包的安全性和電池包的比能量，從而在保證安全的前提下，顯著提升整車的輕量化水平[3]。

5.4 電動(dòng)車輛網(wǎng)聯(lián)化與智能化

出于安全性和電動(dòng)汽車能量控制的需要，電動(dòng)汽車需要智能化傳感器設(shè)備搭載、高清地圖應(yīng)用、多源信息融合，實(shí)施與車輛外界的高速通信以及智能電網(wǎng)的高度融合。同時(shí)，電動(dòng)汽車也是智能化、網(wǎng)聯(lián)化最佳的車輛平臺(tái)。

6? 結(jié)論

隨著全球能源日益緊張，我國(guó)近些年加大政策配套支持和技術(shù)研發(fā)力量，取得了一定成效。新能源技術(shù)發(fā)展較快、續(xù)航里程能力逐步提升，配套設(shè)施基礎(chǔ)建設(shè)逐步完善，新能源汽車發(fā)展將更趨向于智能化、網(wǎng)絡(luò)化。因此，工藝規(guī)劃得根據(jù)產(chǎn)品升級(jí)迭代而不斷向縱深分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃青斌，韓培培，樂慧杰，等.基于某純電動(dòng)車平臺(tái)的總裝工藝設(shè)計(jì)[J].汽車工程師，2017（8）：30-34.

[2]黃石.基于與傳統(tǒng)汽車比較的純電動(dòng)汽車總裝工藝分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2017，048（020）：73.

[3]黃青斌，韓培培，樂慧杰.淺析某純電動(dòng)車平臺(tái)的總裝工藝及規(guī)劃[J].汽車工業(yè)研究，2017（07）：26-33.