AGV 驱动电机选型｜连续转矩、峰值转矩与工作循环（附算例）
要点
- 驱动电机必须同时满足两个限制：短时事件（加速、坡道、重启）所需的峰值转矩，以及电机在不过热前提下能持续输出的连续转矩，后者用工作循环的 RMS 转矩来校核。
- 始终从轮边力往回算：轮边力 → 车轮转矩 → 经减速比和效率换算成电机转矩。
- 循环 RMS 看起来很宽裕时，持续的最坏工况未必也宽裕。下面的算例中，以恒速爬 5% 坡所需的转矩几乎是该电机额定转矩的两倍。只有爬坡时间短到满足电机热限制，电机才适用。
- 减速比会同时改变转矩、转速和 RMS，每个候选减速比都要重新计算。
第 1 步：轮边力
对驱动轮而言，总牵引力是滚动阻力、坡道力和加速力之和（AGV 速度下空气阻力可忽略）：
- 滚动阻力：
F_roll = C_rr × m × g - 坡道力：
F_grade = m × g × sin(θ) - 加速力：
F_acc = m × a
其中 m 为满载整车质量，g = 9.81 m/s²，C_rr 为滚动阻力系数。硬质车轮在光滑地面上通常在 0.01–0.03 之间，取决于轮材、地面和载荷；如有你的车轮和地面的实测值，请用实测值。牵引力与轮载计算指南对这一步（包括附着极限）有更详细的说明。
第 2 步：车轮转矩，再到电机转矩
设有 n 个半径为 r 的驱动轮，每个车轮的转矩为 T_wheel = F / n × r。经过减速比为 i、效率为 η 的减速机：
- 驱动时：
T_motor = T_wheel / (i × η) - 制动时（车轮转矩为负）：
T_motor = T_wheel × η / i
电机转速为 n_motor = v / r × i（单位 rad/s），在你的电池电压下必须低于电机的额定或最高转速。
第 3 步：峰值转矩
找出最坏的短时事件：满载、最大加速度，可能还在坡道上。电机和驱动器必须能在该事件持续期间提供这一转矩。检查电机的峰值（或间歇）额定值、驱动器的电流限制以及允许的持续时间。
第 4 步：工作循环的 RMS 转矩
电机发热与电流的平方成正比，也就大致与转矩的平方成正比，所以连续能力要用一个完整循环的均方根转矩来校核：
T_rms = √( Σ ( T_i² × t_i ) / Σ t_i )
每一段都要计入，包括静止时间：它增加分母，对分子几乎没有贡献。把 T_rms 与电机的连续转矩额定值比较，并留出余量（常见做法是 20–30%），同时考虑环境温度。
算例
以下是用假设数值做的示意，不是产品规格。
| 假设 | 数值 |
|---|---|
| 满载整车质量 | 1,200 kg |
| 驱动轮 | 2 个，轮径 200 mm（r = 0.1 m） |
| 滚动阻力系数 | 0.02 |
| 减速机效率 | 0.9 |
| 速度曲线（60 s 一个循环） | 以 0.5 m/s² 加速 2 s 到 1.0 m/s，匀速 20 s，减速 2 s，静止 36 s |
力。F_roll = 0.02 × 1,200 × 9.81 = 235 N。加速时总力为 235 + 1,200 × 0.5 = 835 N。减速时为 235 − 600 = −365 N（制动）。
减速比为 20 时的电机转矩。每个车轮的力是总力的一半，驱动时 T_motor = (F / 2 × 0.1) / (20 × 0.9)：
| 阶段 | 时间 | 电机转矩 |
|---|---|---|
| 加速 | 2 s | 2.32 N·m |
| 匀速 | 20 s | 0.65 N·m |
| 减速（制动） | 2 s | −0.82 N·m |
| 静止 | 36 s | 0 |
RMS 转矩 = √( (2.32²×2 + 0.65²×20 + 0.82²×2 + 0) / 60 ) = 0.59 N·m。
转速与功率。1 m/s 时车轮转速为 95 rpm，减速比 20 时电机转速约 1,910 rpm。峰值机械功率约 460 W，匀速功率约 130 W。
与电机对比。取一台额定转矩 1.27 N·m、峰值转矩 2.54 N·m、额定转速 3,000 rpm 的 48 V 伺服电机，例如匠元 48V 直流伺服电机。减速比为 20 时，峰值需求（2.32 N·m）在 2.54 N·m 的峰值额定之内，循环 RMS（0.59 N·m）远低于 1.27 N·m 的额定转矩。如果减速比是 15，峰值需求将是 3.09 N·m，超出峰值额定，这说明减速比必须重新校核。
平均值掩盖的情况：坡道
现在假设同一辆车要以 1 m/s 较长时间爬 5% 的坡。坡道力为 1,200 × 9.81 × sin(2.86°) = 588 N，加上滚动阻力，减速比为 20 时电机转矩约为 2.29 N·m，是额定转矩的 1.8 倍。电机可以把它作为短时峰值输出，却不能持续输出，尽管循环 RMS 只有 0.59 N·m。只要车辆有持续的工况，例如坡道、重载长距离运输或滚动阻力大的冷库地面，就要把该段单独与连续额定值比较。
第 5 步：校核传动链其余部分
- 减速机。额定与峰值输出转矩、背隙和允许输入转速。参见我们的行星减速机选型指南（英文版）。
- 电机与驱动器。电压、峰值电流限制，以及环境温度下的热降额。参见我们的直流伺服电机选型指南（英文版）。
- 车轮与附着。车轮必须能传递该力而不打滑：把所需力与摩擦系数乘以驱动轮载荷比较。
- 惯量。折算到减速比后的惯量影响加速转矩和控制稳定性。
- 测试。在样机上按真实工作循环测量温升，确认结果。
如果想直接从集成单元入手，可以参考集成伺服轮选型指南（英文版）和舵轮选型指南，了解载荷、速度和工作循环如何对应到模组系列。你也可以把整车质量、速度、加速度、坡度和工作循环发给我们的工程师，获取推荐。
常见问题
为什么用 RMS 转矩而不是平均值？
绕组发热取决于电流的平方。平均值会掩盖短时的大转矩，RMS 则按它们对温升的影响加权。
应该留多少安全余量？
对连续额定值留 20–30% 的余量是常见做法，但合适的数值取决于环境温度、散热、工作循环的不确定性以及应用的重要程度。请通过测试验证。
减速比会改变 RMS 吗？
会。减速比越大，电机转矩按比例减小，但电机转速升高。每个减速比都要同时校核转矩和转速限制。
电机在峰值上稍微偏小怎么办？
用更大的减速比、更大的电机，或在控制器中限制加速度。不要依赖驱动器的电流限制来掩盖电机偏小，否则车辆达不到预期的加速度或爬坡能力。