新能源汽车轻量化底盘悬架系统智能制造技术

文/曹文卫

“智能工厂、智能制造”已经成为了制造行业最新的代名词。而在汽车产业中，新能源汽车的崛起代表了未来汽车行业的发展趋势。新能源汽车在快速发展的同时，也造成了汽车制造厂商之间的激烈竞争，企业的经济效益迎来了巨大的挑战。注重技术创新，将互联网和信息化的技术用于新能源汽车的智能制造当中，有利于提升企业在未来汽车市场的竞争力，增强汽车品牌的经济效益。我国汽车企业在对新能源汽车底盘悬架技术的探究过程中，发现底盘动力结构特性呈现出了新的特性，急需适配的底盘悬架技术来发挥出汽车的动力性能。为了适应我国新能源汽车的发展新趋势，建立智能化的底盘悬架制造系统，应对现阶段底盘悬架技术方面的瓶颈问题，下文分析了智能制造的优势和新能源汽车底盘悬架系统的特性，提出了合理的底盘悬架系统智能制造方向，最终通过构建研发设计平台、信息控制中心、互联网物流控制中心等智能制造平台，实现了新能源汽车轻量化底盘悬架系统制造体系的“无人化”与“数字化”。

1 新能源汽车底盘悬架系统概述

汽车底盘悬架系统是汽车底部的车桥、车轮、车架之间传力连接装置的总称，其主要作用就是传递车轮与车身之间的所有力矩和力，如支撑力、驱动力和制造力等。而汽车的底盘又分为独立悬挂式与非独立悬挂式。其中，独立悬挂式底盘非常扎实，基础牢固。由于采用的是独立悬挂，汽车两侧车轮不存在连带关系，彼此独立的与车身相连，因此在使用过程中，当一侧车轮受到振动或冲击后可通过汽车中的一些弹性构件吸收内部冲击力，这种冲击力不会影响另外一侧的车轮，便于在汽车制造过程中，能够合适的调校舒适度、底盘稳定性、操控性能三者的配置关系；非独立悬架式底盘则是用根杆件直接刚性连接在两侧车轮上，在其中一侧的车轮受到振动影响后，另一侧车轮也无法正常行驶。相比独立悬架式底盘，这种悬架结构的舒适度和操控性能均得不到保证，同时由于两侧车轮的连带性质，车身稳定程度大幅降低，从而影响汽车行驶过程中的安全性。目前，我国大多数轿车都采用了独立悬挂的形式，并已成为一种发展趋势。

新能源汽车在底盘悬架系统技术方面一般采用电动控制的方式，根据汽车的形状，转向性能、最高车速、制动等信息，由电子控制单元（ECU）控制悬架系统执行功能，从而改变减振器的阻尼力和气囊弹性、车身高度等参数，进一步提高汽车的舒适度，增强操控性能和行驶过程中的稳定性。大多数新能源汽车的底盘悬架系统如图1所示。

2 底盘悬架产品的智能制造方案

2.1 智能制造分析

智能制造（IM）在分布式制造网络环境中，根据分布式集成的基础理念，应用分布式人工智能中多Agent系统的理论与方法，实现制造单元的柔性智能化与基于网络的制造系统柔性智能化集成。根据分布系统的同构特征，在智能制造系统的一种局域实现形式基础上，实际也反映了基于Internet的全球制造网络环境下智能制造系统的实现模式，是一种由工程师或制造专家与智能机器组成的一体化人机智能系统。它在制造过程中能进行一系列智能活动，如分析、推理、判断、构思、决策等。通过人类专家与智能机器的相互配合，扩大、延伸甚至取代工程师在制造过程中的部分脑力劳动。是把自动化拓展到柔性化、智能化和高度集成化的一种先进制造技术。目前我国的智能制造大体主要有以下两种制造模式。

一是多智能体系统。多智能体系统是指在人工智能和计算机科学等领域，对软件的智能行为进行详细描述的智能化系统。它在制造行业中已经得到了广泛应用，对于解决制造行业的产品设计问题、生产制造问题以及生产流程中各工序的协调配合问题提供了智能化的方案，也为系统集成和并行设计提供了更加高效可行的方法。

二是整子系统。整子是整子系统的基本组成部分，在制造系统中可以看作系统的最小单位或组成个体，整子系统由很多种类不同的整子构成，这种系统的优势主要在于它的自治性、合作性、智能性、敏捷性和柔性。自治性指的是每个整子都可以对其自身下一步的操作行为作出判断，对制造过程中的一些意外事件，如制造资源变化、制造计划变化等作出迅速的反馈，并控制设备状态；合作性是每个整子可以请求其它的整子协助作出某种操控行为进而控制生产制造流程，也可以为其他整子发出的申请提供相应的服务；智能性，整子具有自我判断和分析的能力，这种能力是完成一切智能化制造工作的前提；敏捷性即整子系统能够自我组织，对设备的异常或失效状态迅速作出反应，并重新构建新的工作流程；柔性指的是整子系统对于快速变化的制造要求具有很强的适应性。

2.2 底盘悬架系统智能制造方向

从传统方面来看，大多数汽车厂商和车主底盘悬架有着操控性能、经济性、实用性、耐久性、平滑度等方面的要求。汽车底盘悬架的制造过程一般有定标与对标测试，零部件图纸绘制、零部件采购、成品试验、系统调试等环节，整体制造周期较长，面对销量日益增长的新能源汽车市场，传统制造模式很难满足汽车企业的发展需求。在制造过程中，除了要满足底盘动力学的新变化特性，还要考虑新能源汽车的可持续利用问题，研发部门要在能量利用和材料加工工艺方面寻求新的技术突破，从而满足智能工厂的绿色制造需求。

在新能源汽车的市场条件下，底盘悬架作为汽车的重要零部件，相关制造部门要在保证底盘悬架质量和优越性能的前提下，借助智能制造技术，尽可能地缩短底盘悬架的生产周期，提高制造效率，从而满足市场对汽车产品的需求。

2.3 总体设计

底盘悬架系统的生产过程通常被分解成很多加工任务来完成，属于典型的离散型制造流程。基于智能制造的优势，并结合汽车市场行情，决定采用“数字智能工厂”为初步设计模型，建立新能源汽车轻量化底盘悬架的智能制造系统，以此来实现生产设备的智能化控制和底盘悬架的各工序统一管理。在整体结构方面采用集控层—研发设计层—信息管理层—数字化智能制造层—供应链商务层的五层式架构。

底盘悬架智能制造系统建设包含了总体布局数字化建模与四大平台建设，四大平台即信息数据集成管控一体化平台、基于产品簇设计资源重用的研发设计平台、多品种混流生产智能制造装备体系、“基于互联网+协同制造”供应链商务平台。

3 底盘悬架系统智能制造方案

3.1 总体布局数字化建模

在我国工厂的机械生产制造过程中，计算机辅助设计的方法已被普遍采用，而数字化建模是计算机辅助设计的基础，在生产制造中起着重要的作用。在智能工厂的建设过程中，需要以数字化建模技术为基础，充分应用分道建造和成组技术的理念，将仿真技术、虚拟现实技术、三维计算机图形处理技术融合，实现加工、制造、装配、焊接、质量等工序的全自动化，使设计者能够实时操控底盘悬架产品的各个生产流程，打造数字化的制造管理系统，数字化的工艺流程的仿真建模如图2所示。

3.2 信息数据集成管控一体化平台

建立信息数据管控中心平台，要以生产物流为中心，构建制造计划、仓储、物流和配送于一体的可追溯体系；对该体系要配备供应商包装系统、定容系统、定量系统、零部件管理系统、交接系统、产品系统、入库系统和发货系统等8个系统；另外，在系统运行过程中要采用WMS及二维码管理与追踪体系，实现以生产物流为中心的各个软件体系的整合。

3.3 基于产品簇设计资源重用的研发设计平台

基于产品簇设计资源重用的研发设计平台构建了以底盘悬架特征为基础的产品集群知识系统，并建立了三维模型库、工艺知识库、关键零部件仿真模库。运用产品簇知识系统对设计过程进行优化，重用产品设计、工艺知识和测试知识，以提高产品设计的灵活性。

3.4 多品种混流生产智能制造装备体系

混流生产指的是建立智能化的减振器机器人自动焊接线、各种底盘部件的自动装配线、镀铬自动化的生产线和处于国内领先水平的仓储物流线，4种产线协调配合，构建柔性的智能制造装备体系，实现一些关键零部件，如支柱、阀系和悬架组件等部件的高效率生产。

3.5 “基于互联网+协同制造”供应链商务平台

底盘悬挂系统是汽车生产中的一个关键部件，需要服务于各汽车生产厂家，并接受生产厂家的计划、看板、订单和变更通告等。同时，它也是一种集成产品，它的供应链是由许多供应商组成的。建立以“互联网+协作制造”为基础的供应链体系，能够减少产品的生产周期，进一步扩大品种多批量小的生产模式。

4 结语

针对新能源汽车轻量化底盘悬架系统离散制造的特点，五层式架构的智能制造系统能够合理地解决我国汽车企业在生产底盘悬架产品过程中瓶颈问题。建立底盘悬架系统的智能制造体系，可以缩短其生产周期，提升底盘部件的生产效率，有利于新能源汽车底盘的大批量制造，也能够对我国新能源汽车行业的发展起到重要的推动作用。