新能源汽車輕量化底盤懸架系統智能制造技術

文/曹文衛

“智能工廠、智能制造”已經成為了制造行業最新的代名詞。而在汽車產業中，新能源汽車的崛起代表了未來汽車行業的發展趨勢。新能源汽車在快速發展的同時，也造成了汽車制造廠商之間的激烈競爭，企業的經濟效益迎來了巨大的挑戰。注重技術創新，將互聯網和信息化的技術用于新能源汽車的智能制造當中，有利于提升企業在未來汽車市場的競爭力，增強汽車品牌的經濟效益。我國汽車企業在對新能源汽車底盤懸架技術的探究過程中，發現底盤動力結構特性呈現出了新的特性，急需適配的底盤懸架技術來發揮出汽車的動力性能。為了適應我國新能源汽車的發展新趨勢，建立智能化的底盤懸架制造系統，應對現階段底盤懸架技術方面的瓶頸問題，下文分析了智能制造的優勢和新能源汽車底盤懸架系統的特性，提出了合理的底盤懸架系統智能制造方向，最終通過構建研發設計平臺、信息控制中心、互聯網物流控制中心等智能制造平臺，實現了新能源汽車輕量化底盤懸架系統制造體系的“無人化”與“數字化”。

1 新能源汽車底盤懸架系統概述

汽車底盤懸架系統是汽車底部的車橋、車輪、車架之間傳力連接裝置的總稱，其主要作用就是傳遞車輪與車身之間的所有力矩和力，如支撐力、驅動力和制造力等。而汽車的底盤又分為獨立懸掛式與非獨立懸掛式。其中，獨立懸掛式底盤非常扎實，基礎牢固。由于采用的是獨立懸掛，汽車兩側車輪不存在連帶關系，彼此獨立的與車身相連，因此在使用過程中，當一側車輪受到振動或沖擊后可通過汽車中的一些彈性構件吸收內部沖擊力，這種沖擊力不會影響另外一側的車輪，便于在汽車制造過程中，能夠合適的調校舒適度、底盤穩定性、操控性能三者的配置關系；非獨立懸架式底盤則是用根桿件直接剛性連接在兩側車輪上，在其中一側的車輪受到振動影響后，另一側車輪也無法正常行駛。相比獨立懸架式底盤，這種懸架結構的舒適度和操控性能均得不到保證，同時由于兩側車輪的連帶性質，車身穩定程度大幅降低，從而影響汽車行駛過程中的安全性。目前，我國大多數轎車都采用了獨立懸掛的形式，并已成為一種發展趨勢。

新能源汽車在底盤懸架系統技術方面一般采用電動控制的方式，根據汽車的形狀，轉向性能、最高車速、制動等信息，由電子控制單元（ECU）控制懸架系統執行功能，從而改變減振器的阻尼力和氣囊彈性、車身高度等參數，進一步提高汽車的舒適度，增強操控性能和行駛過程中的穩定性。大多數新能源汽車的底盤懸架系統如圖1所示。

2 底盤懸架產品的智能制造方案

2.1 智能制造分析

智能制造（IM）在分布式制造網絡環境中，根據分布式集成的基礎理念，應用分布式人工智能中多Agent系統的理論與方法，實現制造單元的柔性智能化與基于網絡的制造系統柔性智能化集成。根據分布系統的同構特征，在智能制造系統的一種局域實現形式基礎上，實際也反映了基于Internet的全球制造網絡環境下智能制造系統的實現模式，是一種由工程師或制造專家與智能機器組成的一體化人機智能系統。它在制造過程中能進行一系列智能活動，如分析、推理、判斷、構思、決策等。通過人類專家與智能機器的相互配合，擴大、延伸甚至取代工程師在制造過程中的部分腦力勞動。是把自動化拓展到柔性化、智能化和高度集成化的一種先進制造技術。目前我國的智能制造大體主要有以下兩種制造模式。

一是多智能體系統。多智能體系統是指在人工智能和計算機科學等領域，對軟件的智能行為進行詳細描述的智能化系統。它在制造行業中已經得到了廣泛應用，對于解決制造行業的產品設計問題、生產制造問題以及生產流程中各工序的協調配合問題提供了智能化的方案，也為系統集成和并行設計提供了更加高效可行的方法。

二是整子系統。整子是整子系統的基本組成部分，在制造系統中可以看作系統的最小單位或組成個體，整子系統由很多種類不同的整子構成，這種系統的優勢主要在于它的自治性、合作性、智能性、敏捷性和柔性。自治性指的是每個整子都可以對其自身下一步的操作行為作出判斷，對制造過程中的一些意外事件，如制造資源變化、制造計劃變化等作出迅速的反饋，并控制設備狀態；合作性是每個整子可以請求其它的整子協助作出某種操控行為進而控制生產制造流程，也可以為其他整子發出的申請提供相應的服務；智能性，整子具有自我判斷和分析的能力，這種能力是完成一切智能化制造工作的前提；敏捷性即整子系統能夠自我組織，對設備的異常或失效狀態迅速作出反應，并重新構建新的工作流程；柔性指的是整子系統對于快速變化的制造要求具有很強的適應性。

2.2 底盤懸架系統智能制造方向

從傳統方面來看，大多數汽車廠商和車主底盤懸架有著操控性能、經濟性、實用性、耐久性、平滑度等方面的要求。汽車底盤懸架的制造過程一般有定標與對標測試，零部件圖紙繪制、零部件采購、成品試驗、系統調試等環節，整體制造周期較長，面對銷量日益增長的新能源汽車市場，傳統制造模式很難滿足汽車企業的發展需求。在制造過程中，除了要滿足底盤動力學的新變化特性，還要考慮新能源汽車的可持續利用問題，研發部門要在能量利用和材料加工工藝方面尋求新的技術突破，從而滿足智能工廠的綠色制造需求。

在新能源汽車的市場條件下，底盤懸架作為汽車的重要零部件，相關制造部門要在保證底盤懸架質量和優越性能的前提下，借助智能制造技術，盡可能地縮短底盤懸架的生產周期，提高制造效率，從而滿足市場對汽車產品的需求。

2.3 總體設計

底盤懸架系統的生產過程通常被分解成很多加工任務來完成，屬于典型的離散型制造流程。基于智能制造的優勢，并結合汽車市場行情，決定采用“數字智能工廠”為初步設計模型，建立新能源汽車輕量化底盤懸架的智能制造系統，以此來實現生產設備的智能化控制和底盤懸架的各工序統一管理。在整體結構方面采用集控層—研發設計層—信息管理層—數字化智能制造層—供應鏈商務層的五層式架構。

底盤懸架智能制造系統建設包含了總體布局數字化建模與四大平臺建設，四大平臺即信息數據集成管控一體化平臺、基于產品簇設計資源重用的研發設計平臺、多品種混流生產智能制造裝備體系、“基于互聯網+協同制造”供應鏈商務平臺。

3 底盤懸架系統智能制造方案

3.1 總體布局數字化建模

在我國工廠的機械生產制造過程中，計算機輔助設計的方法已被普遍采用，而數字化建模是計算機輔助設計的基礎，在生產制造中起著重要的作用。在智能工廠的建設過程中，需要以數字化建模技術為基礎，充分應用分道建造和成組技術的理念，將仿真技術、虛擬現實技術、三維計算機圖形處理技術融合，實現加工、制造、裝配、焊接、質量等工序的全自動化，使設計者能夠實時操控底盤懸架產品的各個生產流程，打造數字化的制造管理系統，數字化的工藝流程的仿真建模如圖2所示。

3.2 信息數據集成管控一體化平臺

建立信息數據管控中心平臺，要以生產物流為中心，構建制造計劃、倉儲、物流和配送于一體的可追溯體系；對該體系要配備供應商包裝系統、定容系統、定量系統、零部件管理系統、交接系統、產品系統、入庫系統和發貨系統等8個系統；另外，在系統運行過程中要采用WMS及二維碼管理與追蹤體系，實現以生產物流為中心的各個軟件體系的整合。

3.3 基于產品簇設計資源重用的研發設計平臺

基于產品簇設計資源重用的研發設計平臺構建了以底盤懸架特征為基礎的產品集群知識系統，并建立了三維模型庫、工藝知識庫、關鍵零部件仿真模庫。運用產品簇知識系統對設計過程進行優化，重用產品設計、工藝知識和測試知識，以提高產品設計的靈活性。

3.4 多品種混流生產智能制造裝備體系

混流生產指的是建立智能化的減振器機器人自動焊接線、各種底盤部件的自動裝配線、鍍鉻自動化的生產線和處于國內領先水平的倉儲物流線，4種產線協調配合，構建柔性的智能制造裝備體系，實現一些關鍵零部件，如支柱、閥系和懸架組件等部件的高效率生產。

3.5 “基于互聯網+協同制造”供應鏈商務平臺

底盤懸掛系統是汽車生產中的一個關鍵部件，需要服務于各汽車生產廠家，并接受生產廠家的計劃、看板、訂單和變更通告等。同時，它也是一種集成產品，它的供應鏈是由許多供應商組成的。建立以“互聯網+協作制造”為基礎的供應鏈體系，能夠減少產品的生產周期，進一步擴大品種多批量小的生產模式。

4 結語

針對新能源汽車輕量化底盤懸架系統離散制造的特點，五層式架構的智能制造系統能夠合理地解決我國汽車企業在生產底盤懸架產品過程中瓶頸問題。建立底盤懸架系統的智能制造體系，可以縮短其生產周期，提升底盤部件的生產效率，有利于新能源汽車底盤的大批量制造，也能夠對我國新能源汽車行業的發展起到重要的推動作用。