AGV/AMR驱动系统选型时,必须把“单轮承载”和“驱动轮需要向地面传递的牵引力”分开计算。承载能力足够,并不等于驱动扭矩、附着力和连续工作能力一定足够。
1. 先区分三个概念
额定承载能力
描述驱动单元、车轮或脚轮在规定条件下可承受的机械载荷,不直接等同于可输出到地面的纵向牵引力。
实际单轮载荷
是整车完成装配后某一只轮子承担的垂向反力,会受到重心、载荷位置、电池、举升机构、支撑轮布局、底盘刚度、悬挂和地面平整度影响。
牵引力
是驱动轮向地面传递的纵向力,用于克服加速、滚动阻力、坡道阻力以及真实存在的其他机械阻力。
2. 从整车满载质量开始
首先确认车辆最大工作质量:
需要力值时,可用:
其中 W 为车辆重量(N),m 为质量(kg),g 约为 9.81 m/s²。
3. 静态轮载如何估算
当前后支撑线明确时,可先通过力矩平衡估算:
R后 = W − R前
其中 L 为轴距,x 为重心到后支撑线的纵向距离。
对于刚性的四点支撑底盘,单个角点的真实轮载还会受底盘扭转刚度、安装误差、轮面弹性、浮动机构预紧和地面高度差影响。若轮载直接关系到牵引、轴承寿命或结构安全,应采用真实悬挂模型、结构分析或轮载测量。
4. 运行轮载不等于静态轮载
车辆加速和制动会引起纵向载荷转移;举升机构会改变重心;地面接缝和门槛会在短时间内提高某个支撑点的载荷。
初步驱动评审时尤其要关注两个值:驱动轮最低轮载与支撑轮最高轮载。前者限制可用附着力,后者决定机械承载。
5. 先定义工况,再计算牵引力
- 水平地面加速:考虑滚动阻力与加速需求。
- 坡道运行:只在真实路线存在坡道时加入坡道阻力。
- 转弯或原地旋转:单独评估轮胎拖曳、脚轮回转、地面摩擦与热负荷。
不要把所有工况的最坏值简单相加并当作连续需求,除非车辆确实会同时经历这些条件。
6. AGV/AMR牵引力计算
加速力
滚动阻力
滚动阻力系数不是固定常数。轮径、轮面材料、硬度、回弹、轴承、轮载、地面、温度和速度都会影响实际结果。
坡道阻力
注意区分坡度百分比与角度,例如 3% 坡度不等于 3°。
7. 从整车牵引力换算到单个驱动轮扭矩
对称双驱可以先按等分做初步估算:
T车轮 = F单轮 × r有效
再根据减速比和效率估算电机侧需求:
最终电机选型还必须检查扭矩-转速曲线、峰值持续时间、减速机额定能力和热负荷。
8. 电机有扭矩,不代表地面一定传得出去
驱动轮受附着力限制:
反向检查所需附着系数:
如果某一只驱动轮的垂向载荷较低,应按低载轮单独检查。加大电机并不能解决“附着不足”的底盘,反而可能更早打滑。
9. 峰值能力与连续能力要分开
- 连续车轮扭矩;
- 允许的峰值扭矩和持续时间;
- 连续/峰值电流;
- 减速机连续与瞬态能力;
- 启停、转向频率与行驶时间;
- 代表性工作循环下的电机、减速机和轮面温度。
10. 常见计算错误
- 把产品额定载荷当成整车总重量;
- 不看重心就平均分配到所有轮子;
- 所有项目都使用同一个滚阻系数;
- 把坡道、最大加速和原地旋转的最坏值无条件相加;
- 只检查电机扭矩,不检查轮地附着;
- 只看峰值,不看工作循环和温升。
11. 评审驱动配置前建议提供的数据
- 车辆自重与最大载荷;
- 重心位置(如已知);
- 底盘与支撑轮布置图;
- 驱动轮实际轮载(如可测);
- 正常/最高速度与加速度;
- 轮径与轮面材料;
- 地面材料与状态;
- 转弯/原地旋转需求;
- 坡道;
- 工作循环;
- 安装空间、电压和控制接口。
