新能源汽车快速发展下的车身平台柔性制造规划理念

新能源汽车快速发展下的车身平台柔性制造规划理念

韩炳文

南京交通技师学院，210049

摘要：当前一些车企在传统车身的基础上通过改制推出纯电动汽车车型，该种形式的改制受到许多限制，尤其是在电池包的碰撞安全以及平台化的扩展2个方面。在传统车身模块化、平台化的基础上，采用钢铝混合形式并结合多目标优化设计和结构拓扑分析，提出了全新的纯电动专属车身平台化架构。该车身平台架构能够进一步提高车型拓展衍生能力，同时满足纯电动汽车车身的高碰撞安全性能、高轻量化水平和高共线化生产水平的需求，旨在为纯电动汽车平台架构开发提供参考。

关键词：新能源汽车；车身架构；平台化

1车身平台化设计策略

车身平台化主要研究下车体的平台化，主要包括有前机舱、前地板、后地板三大总成的平台化设计，平台化设计策略主要是在不同动力系统及动力电池安装对车身的三大总成的过渡区域和关键硬点进行兼容设计，同平台车型下车体平台架构形式一致，满足共线生产需求，以提高零部件的通用化率。

1.1前机舱的平台化设计研究

前机舱总成主要包括前纵梁前段总成、前围板总成、前纵梁后段总成等结构。平台化设计需要满足传统汽车、纯电动汽车、增程式汽车不同动力系统的搭载需求，主要通过以下结构进行差异化设计。①传统车汽车、纯电动汽车、增程式汽车根据发动机和电机的布置需求，可通过在前机舱纵梁上焊接相应的悬置安装支架或电机横梁安装支架，满足动力系统在车身的安装需求，通过对车身悬置安装支架和电机横梁安装支架结构进行差异化设计，沿用前机舱的主体结构。②考虑新源车搭载动力电池，考虑传统车和新源车满载质量不同，最小离地间隙需满足大于100mm，新能源车可通过加大悬架弹簧刚度和调整车身姿态，保证离地间隙要求，故可通过副车架安装支架差异化设计，满足传统车和新能源车离地间隙要求。③为适应不同动力类型车型前机舱与前地板过渡区域的差异化，前纵梁后端可根据不同前地板梁架布置结构进行差异化预留设计，满足动力电池安装需求和碰撞力传递的稳定性。

1.2前地板的平台化设计研究

前地板总成主要包括前地板本体、中通道本体、门槛内板、中通道加强梁总成、电池安装加强梁等结构。平台化设计需要考虑动力电池的布置及安装，排气管的布置及安装，地板下梁架布置等结构。故主要通过以下结构进行差异化设计及预留设计，满足布置及安装需求。①考虑动力电池一般布置前地板总成下方，故将前地板本地及中通道本体进行上抬30mm，保证传统汽车、纯电动汽车和增程式汽车平台间通用，预留动力电池布置空间。同时考虑后续为车型拓宽或排气管变化或传动轴的变化等做预留设计，前地板本体采用分体式设计。②考虑动力电池布置在前地板下方，传统汽车与新能源汽车前地板下梁架布置需考虑电池安装及排气管安装预留设计。传统汽车梁架布置采用中间6通道传力模式进行梁架布置。纯电动汽车考虑动力电池安装，故门槛内板进行预留焊接电池安装加强梁设计，满足动力电池安装需求。增程式汽车需考虑动力电池及排气管的布置空间需求，故动力电池分两块进行布置，布置在主驾和副驾座椅下方，排气管布置在中通道下方。动力电池外侧安装点和纯电动汽车保持一致，内侧安装点通过中通道加强梁预留电池安装点设计，保证动力电池的安装。

1.3后地板的平台化设计研究

考虑不同动力类型车型对后地板影响，主要是根据电池的布置需求导致前地板梁架布置的不同，后地板前横梁总成需适应前地板梁架布置进行预留设计。另考虑离地间隙问题，车身姿态的调整通过后悬架安装支架的差异化设计进行变更，保证同平台间车型零件通用化。同时考虑新能源车型后轴载荷较大，故预留车身加强件安装区域及空间，防止车身开裂。

2车身平台底部定位工位柔性扩展

2.1AGV切换定位夹具方案

在车身现有的生产线上，对于切换的平台车型工装建立集中存储区，不同的几何（Geometry,GEO）定位焊工位的车型工装集中存储在同一区域，柔性切换是以自动导向车AGV作为运输载体，当生产要切换新平台车型工装时，会提前发出切换指令给AGV，接收到指令的AGV会到存储区，将即将要生产的指定平台车型的工装提前运输到指定的定位工位，AGV通过举升机构放下平台车型的工装，然后到指定位置去运载切换下来的平台车型工装，再运输到车型工装集中存储区。

2.2AGV切换夹具改造

底板一定位夹具长4.5m，宽2m，重约1000kg，定位夹具很容易在AGV加速、降速、急刹车时滑落，所以需要在AGV上安装牵引销来锁住定位夹具。AGV带着定位夹具进入自动岛后，现有滑轨和滑块都需要避让出空间，可以使AGV进入和退出，滑轨需要将轨道两头5m内的下部连接块与地面做平，轨道上的滑块需要从“口”字形，切割为倒“U”字形，给出足够的宽度和深度让AGV驶入，为了保证倒“U”字形滑块两侧的平面度，在滑块两侧安装一组同步电机，滑块两侧的主体部分由各自的电机控制，使其在滑轨上共同前进和后退。新平台车型定位夹具和滑块之间除了前文提到的定位器和定位销，还需要在滑块上安装导向装置，引导新平台车型定位夹具下落，以便定位器锁紧时，定位销在锁紧范围内。车身车间生产线目前最高的产能是60JPH，则每焊接完成一组零件需要60s的时间，再除去设备故障损耗的时间，平摊到每组零件，其实际用于焊接的时间为51s。AGV从进入自动岛，到完成新平台车型定位夹具的准确落位，共需要17.67s。所以在零件焊接的过程中，AGV就能够完成新平台车型定位夹具的切换工作，下一个节拍开始前，切换好的定位夹具就已经就位，不会占用焊接工艺时间，故原有定位工位的产能输出也不会受到任何影响。

结论

全新纯电动汽车专属车身平台架构通过车身多目标结构拓扑分析定义了全新的载荷传递路径；在平台关键零件设计过程中，充分考虑布置兼容性、车型衍生拓展性、车身性能目标差异性和生产共线性等因素，并结合零部件的结构拓扑分析，确定出最优结构形式；合理地采用钢铝混合车身设计，实现了较高的车身轻量化水平和平台化沿用率，在减重的同时，通过多目标优化和拓扑结构分析开发的平台框架满足了电动汽车严格的碰撞安全需求。该车身平台架构的应用有效地提升了所开发的纯电动车型的先进性和竞争力。

参考文献

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[2]陈聪,谢贵山,马书坤等.汽车手刹及车身安装结构平台化设计研究[J].汽车零部件,2020(09):13-15.DOI:10.19466/j.cnki.1674-1986.2020.09.004.

[3]万小明,李文凤.车身平台升级中的工程技术研究[J].汽车与驾驶维修(维修版),2020(08):42-43.