0 前言

汽车总装车间是汽车制造的核心环节，其生产效率与质量直接影响整个企业的市场竞争力。当前，汽车市场日益多元化，消费者个性化需求不断增长，推动总装车间生产模式向多品种、小批量方向转变。传统刚性吊具由于专用性强、灵活性差，在面对不同车型底盘装配时暴露出诸多问题。例如，在车型切换时需频繁更换吊具，不仅调整耗时，还造成高昂成本，严重制约了生产效率和企业对市场的快速响应能力。因此，研发一种能广泛适配多种车型底盘装配需求的柔性吊具，已成为总装车间实现高效、灵活生产的必然选择。而作为柔性吊具的关键组成部分，支撑点的设计是否科学、优化程度如何，直接决定了整个吊具系统的性能与运行效率。

1 支撑点设计原理

1.1 支撑点的作用

支撑点是柔性吊具与车身接触的关键部位，作用至关重要。在整个吊装与装配过程中，它主要为车身提供稳定支撑，确保其位置准确、姿态平稳。从力学角度看，合理布置的支撑点能够均匀分散车身重量，有效避免局部应力集中，防止车身变形。这不仅有助于保障装配质量，也为提升生产效率奠定了基础。

设车身质量为m，重力加速度为g，作用在n个支撑点上，每个支撑点所承受的平均力F_avg理论上可由下面公式计算得出：

在实际情况下，由于车身结构和重量分布不均，各支撑点的受力并不完全相同。但通过合理设计支撑点布局，可以使各点受力尽量接近平均值，从而保证车身的稳定。例如，在一些大型SUV的装配过程中，由于车身重量大且结构复杂，如果支撑点设计不合理，就极易导致车身在吊装环节扭曲变形，严重影响后续零部件的安装精度；而通过精准设计的支撑点，则可确保整个装配流程顺利推进。

1.2 支撑点的设计原则

（1）适应性

支撑点必须具备强大的适应能力，以应对不同车型在底盘结构和尺寸上的显著差异。为此，需通过调节机构实现支撑点参数的快速、灵活调整，从而满足多车型共线生产的多样化需求。以常见的轿车与MPV为例，二者底盘结构和尺寸差异显著。具备良好适应性的支撑点可通过快速调节（如图1所示），可准确适配不同车型，从而保障生产流程的连续性与稳定性。

图1 吊具支撑腿（可进行Y向调节）

试制总装环节负责吉利集团所有乘用车的生产验证工作。开发柔性吊具可显著提升验证能力，并节省因车型更换导致的吊具调整时间。在进行底盘吊具的最大兼容性改造时，已充分考虑了其在X、Y方向上的设备能力。

（2）稳定性

在整个吊装与装配过程中，支撑点必须始终保持足够的结构刚性与整体稳定性。具体而言，支撑点应能可靠地承受车身的全部重量，以及操作过程中可能出现的各种外力干扰。从力学稳定性角度分析，支撑点所受的合力矩M需满足以下条件：

式中，F_i 是 i 个支撑点所受的力；d_i 是该力相对某一参考点的力臂。

只有确保车身支撑稳定，才能有效防止晃动或位移，保障装配精度。例如，在车间环境中，设备运行可能引起振动，可靠的支撑点能够抵御此类干扰。

（3）定位精度

支撑点的准确定位是实现车身与工位精确对接的前提，直接决定装配工作能否高精度、有序进行。微小偏差即可能导致零部件安装错误，影响整车性能，高精度支撑点可避免此类风险。

（4）可靠性

在汽车总装车间高强度、长时间运行的条件下，支撑点必须具有高可靠性与耐久性，以减少故障停机，保障生产线持续高效运转。频繁出现故障不仅会增加维修成本，还会延误生产，影响经济效益。

2 支撑点布局设计

2.1 支撑点数量与位置

底盘柔性吊具的设计需综合考量车身结构与重量分布，因而通常设置四个支撑点，分布于车身前后。其中，前部两点通过孔定位支撑底板，后部两点则支撑车身裙边。此布局经科学验证，能构建稳固的力学平衡，有效分散重量，确保吊装时车身的稳定。

设车身质心坐标为（X_c，Y_c），四个支撑点坐标分别为（x₁,y₁）、（x₂,y₂）、（x₃,y₃）和（x₄,y₄）。为保证车身在水平方向上的稳定，根据静力学平衡条件，在X方向和Y方向上的合力应分别为零，即：

同时对质心的合力矩应满足：

通过这些力学平衡方程，可以确定支撑点的合理位置分布，使得车身在吊运过程中保持平衡。

2.2 支撑点的调节范围

因不同车型底盘尺寸差异显著，为使支撑点灵活适配，需在X向（轴距方向）和Y向（宽度方向）均设置调节范围。实际设计中常采用滑轨、丝杆等调节机构，如图2所示，以实现支撑点位置的快速精准调整，以适应不同车型的支撑需求。例如，当生产线从紧凑型轿车切换至中型SUV时，可通过调节机构迅速调整支撑点位置，使吊具适配新车型底盘，保障高效顺畅的生产切换。

图2 吊具X向调节机构

3 支撑点调节机构设计

3.1 轴距调节机构

轴距调节机构是实现支撑点在X向灵活调整的核心装置，主要借助滑轨和丝杆传动的协同运作来实现调节功能。在实际工作过程中，后吊臂能够在X方向自由移动，并敏锐地接收生产信息化系统传来的车型信息。基于这些实时信息，轴距调节站会迅速做出反应，自动对支撑点的位置进行精准调整，从而满足不同长度车身的支撑需求。

设丝杆的螺距为p，电机驱动丝杆转动的角度为θ（单位为弧度），则支撑点在X向的移动距离L_x可由以下公式计算得出：

通过精确控制电机的转动角度，即可实现对支撑点位置的精确调节。

3.2 宽度调节机构

宽度调节机构是实现支撑点Y向灵活调节的关键，其核心在于滑轨与定位销的配合。前后吊臂上的支撑点均设计为可沿Y向移动，通过定位销与卡槽的卡合与分离，即可快速调整支撑点位置，以适应不同车宽要求。例如，在宽体与窄体轿车交替生产时，该机构能迅速完成Y向位置调节，确保吊具准确适配不同车型，保障生产的高效连续。

4 支撑点定位精度设计

4.1 定位方式

为实现支撑点的高精度定位目标，当下多采用前沿的激光扫描、视觉识别等先进技术。这些技术如同为支撑点赋予了一双“智慧的眼睛”，使其能够快速、精准地识别车身的关键特征点。随后，借助高效的控制系统，支撑点能够依据识别结果，迅速对自身的位置和姿态进行精准调整，从而确保车身与装配工位实现精确无误的对齐。

4.2 定位精度控制

在支撑点的定位精度控制方面，高精度的传感器与性能卓越的控制系统至关重要。传感器能够实时、精准地监测支撑点的位置与姿态，并将数据反馈至控制系统。若设传感器测得的支撑点实际位置坐标为（x_actual,y_actual），目标位置坐标为（x_targrt,y_target），则位置偏差为：

控制系统依据这些偏差值，通过控制算法调整支撑点调节机构，确保定位精度始终维持在±1mm以内。这种高定位精度为提升装配质量和产品一致性提供了坚实保障。例如，在发动机与底盘的装配环节，凭借极高的定位精度，发动机能够精准安装到预设位置，有效减少了因装配误差产生的后续调试工作，从而提高了整车的性能稳定性。

5 支撑点稳定性设计

5.1 结构设计

支撑点的结构设计需着重考量刚性和稳定性。在选材方面，通常采用高强度材料，以确保在吊装和装配过程中，支撑点能够从容承受车身重量以及各种复杂外力的作用。同时，其结构形状和连接方式经过精心优化，能够有效避免因振动或冲击导致的车身位移或损坏。例如，采用三角形加强筋结构的支撑点，其刚性和稳定性得到了显著提升，在应对高强度作业时表现出色。

从结构力学角度分析，支撑点梁结构的抗弯刚度EI（E为材料弹性模量，I为截面惯性矩）直接影响其抗变形能力。较大的抗弯刚度可有效减小在外力作用下的变形量，从而保证支撑点的稳定性。例如，在设计支撑点的悬臂梁结构时，通过合理选择材料和增大截面尺寸以提高I值，可显著提升其抵抗变形的能力。

6 支撑点材料选择

6.1 材料要求

支撑点所选用的材料必须具备高强度、轻质且耐腐蚀等多重优良特性，以满足吊具在实际使用中的承载与长期耐久性要求。在汽车总装车间这种复杂环境中，支撑点不仅要承受车身的巨大重量，还需应对潮湿、油污等腐蚀性介质的侵蚀，这对材料性能提出了极高要求。

6.2 材料性能对比

（1）高强度钢材：高强度钢材以其极高的强度和刚性著称，能够很好地满足支撑点对承载能力的严苛要求，然而其较大的重量在一定程度上会增加吊具的整体负荷，对能源消耗和设备运行效率产生一定影响。故而，高强度钢材通常适用于那些对承载要求极高，而对重量因素相对不太敏感的支撑点设计场景。从强度方面考虑，其屈服强度σy较高，能够承受较大的外力而不发生塑性变形。例如，常见的高强度合金钢屈服强度可达800MPa以上，能有效支撑重型车身。

（2）铝合金：铝合金材料具有显著的轻量化优势，同时具备良好的耐蚀性，但其强度相较于高强度钢材略显不足。因此，在一些对重量较为敏感，且对支撑点承载强度要求并非极端苛刻的应用场景中，铝合金成为较为理想的选择。在一些小型电动汽车的总装车间，为降低吊具能耗和提高运行灵活性，部分支撑点采用了铝合金材料。铝合金的密度ρ_Al约为钢材密度ρ_steel的三分之一，这使得采用铝合金材料的支撑点重量大幅降低，同时其具有一定的强度，如6061铝合金的屈服强度可达200MPa左右，可满足一般支撑需求。

（3）碳纤维复合材料：碳纤维复合材料集合了高强度、轻量化以及出色的耐蚀性等诸多优点，在性能方面表现卓越，但其高昂的成本限制了其大规模应用，目前主要应用于高端车型的支撑点设计。在一些顶级豪华跑车的生产过程中，为追求极致的性能和轻量化效果，支撑点选用了碳纤维复合材料，虽然成本较高，但能为产品带来显著的性能提升。碳纤维复合材料的比强度（强度与密度之比）远高于传统材料，其强度可与高强度钢材媲美，而密度却与铝合金相近，这使得它在实现轻量化的同时具备良好的承载能力。

7 支撑点控制系统设计

7.1 控制系统架构

支撑点的控制系统采用基于PLC的分布式控制架构。PLC作为核心，协调控制调节机构、定位系统与减振装置等关键部件的动作与参数。该分布式结构不仅显著提升系统可靠性，保障其在复杂工况下稳定运行，还加快了响应速度，使各部件能够迅速准确地执行指令。此外，该系统具备良好的扩展性与易维护性，便于后续升级与日常维护。例如，在新增车型生产时，可便捷扩展系统以适应新需求。

7.2 传感器系统

传感器系统是支撑点控制系统的“神经末梢”，为整个系统不可或缺的关键部分，主要包括位置传感器、力传感器和速度传感器等类型。位置传感器如像“位置侦察兵”，精准检测支撑点的实时位置；力传感器似“力量监测员”，监测支撑点与车身间的接触力；速度传感器则负责测量支撑点运动速度。这些传感器持续采集数据并反馈至PLC，为控制系统提供决策依据。例如，当位置传感器检测到位置偏差时，PLC可迅速调整调节机构，使支撑点回归正确位置。

以力传感器为例，其输出信号V与所受压力F之间通常存在线性关系V=k_FF+b，其中，k_F为传感器的灵敏度系数；b为零点偏移量。通过对传感器进行校准，确定准确的k_F和b值，即可根据传感器输出电压准确计算出支撑点所受的力，为控制系统提供精确的力反馈信息。

8 支撑点应用效果分析

8.1 提高生产效率

支撑点具备快速调节功能，可大幅缩短不同车型底盘装配的换型时间，减少因更换吊具造成的停机。凭借精准定位与稳定支撑，它实现了不同车型底盘的高效连续吊装与装配，显著提升整体生产效率。8.2降低成本相较于传统刚性吊具，支撑点具备良好的可调节性与通用性，适配多种车型，减少吊具更换与维护成本。其模块化设计提高了通用性，企业无须为每类车型单独采购专用吊具，从而降低设备投资。使用模块化支撑点一年内可节省数百万元设备采购与维护费用。

8.3 提升产品质量

支撑点配备高精度定位系统与稳定支撑结构，保障车身在吊装过程中的定位准确与可靠支撑，显著提高底盘装配质量与一致性，减少装配误差导致的产品缺陷。控制系统可实时监测工作状态，及时发现并预警故障隐患，降低产品质量风险。

9 支撑点未来发展趋势

9.1 智能化

随着AI与物联网技术的发展，支撑点将更加智能化。通过机器学习与大数据分析，它可自动识别不同车型底盘并自适应调整。基于历史数据与实时工况，支撑点能够自主优化调节策略，提高生产效率和产品质量。例如，面对新车型时，系统可快速分析底盘特征并自动调整至最佳支撑状态，无需人工参与。

9.2 自动化

支撑点将深度融入自动化产线，成为实现高度自动化的关键环节。它与机器人、输送系统等协同作业，完成更复杂、精细的装配任务，从而大幅提升车间自动化水平。例如，在底盘与车身对接过程中，支撑点可与机器人实现毫米级精度配合，提高装配效率与质量稳定性。

9.3 轻量化

在节能减排趋势下，支撑点材料选择将持续轻量化。碳纤维复合材料等新型轻质材料将广泛应用，不仅减轻重量，还能提高结构强度与耐蚀性。例如，采用碳纤维支撑点可实现重量减轻30%、强度提高20%，并在恶劣环境中显著提升耐蚀性。

10 结语

汽车总装生产车间的底盘柔性吊具支撑点是吊具系统的核心部件，其设计的合理性与优化水平，对于提升生产效率、降低成本和保证装配质量具有重要意义。本文重点分析了底盘吊具的支撑结构，并详细阐述了其柔性化设计方法及创新应用。实践表明，该设计取得了良好的应用效果。

本文为“AI汽车制造业”首发，未经授权不得转载。版权所有，转载请联系小编授权（VOGEL100）。本文作者：朱智涛，单位：吉利汽车控股（上海）有限公司。责任编辑龚淑娟，责任校对何发。本文转载请注明来源：AI汽车制造业