浅谈舵轮开发及难点

一、开发路径

舵轮研发技术路径一般为从上到下模式，先确定直行部分功率段，按市场需求选定外观尺寸，设定功率密度，根据运行工作制、运行工况和预计应用车型计算配套转向电机功率。

在每个型号限定的尺寸范围之内，进行电机的类型确定和参数设计，考虑不同的电机类型效率、精度、控制难度的差异性对电机参数的影响。

其中电机参数的算法由本公司电气专家根据AGV、叉车、电平衡车和其他应用轮式动力设备的应用特性、地面参数、轮子材料性能、运行速度、加减速要求、空载/负载不同的运行特点、工作要求及其力学模型，对电机电流、电压、电感、频率、转速及极对数、转角、脉冲等参数进行设计确定，并考虑舵轮轮径、轮宽、材料等参数在舵轮组装后对舵轮性能的影响。

选定电机电气特性参数及尺寸后，再进行舵轮部分的设计开发。此时，舵轮需要考虑蓄电池、舵轮负载能力、舵轮超载能力、轮子尺寸、平面速度及加速度、爬坡角度、爬坡速度及加速度、车辆滚动及牵引摩擦力、齿轮箱及电机效率等问题。其中平面运行时，还需要对阻力、加速度、惯性力、电机输出扭矩、电机电流等参数进行计算，并设定固定爬坡角度进行验证。

作为高度集成化的产品，舵轮的功率密度参数直接影响舵轮的使用性能，结合AGV使用场景中的对速度、转向、启停、换向等应用需求，舵轮减速箱体齿轮设计、减速电机参数设计、转向回转支承及齿轮设计，编码器、制动器和原点开关等电气配件的选型都会对舵轮的整体效果产生重要影响。其中减速箱体的齿轮设计兼顾经验值和新应用开发设计，设计难度较大。

另外，作为高度精密的集成化产品，对零部件加工精度非常高，材料的选型，各部分配合材料的使用寿命、疲劳寿命的计算，都需要在研发的考虑范围之内。

舵轮设计完成后，作为理论与实践并重的产品，每款新型号在打样之前都需要进行全过程仿真模拟，包括单台电机的仿真运行和磁场分析、不带转向部分的仿真运行、全套产品的仿真运行，以及机械部分的受力分析。

通过有限元分析来预测产品如何应对现实动力空间扭曲，振动，流动液体和其它物理效应。判断零部件的干涉、磨损或是否按设计进行工作。

再进行Maxwell分析，高精确地模拟电子电机运行，并计算电机所有参数，进行电机损耗的计算，使转矩波动最小化。实现效率最佳化，并减少重量和尺寸已达到最佳的舵轮功率密度。

并模拟最恶劣的工作环境对产品进行测试，对比测试结果与有限元分析结论。即使通过多种模拟或仿真分析，所得到的电机在电感等参数上由于手工环节的原因，仍然难以等到稳定的数据，此时需要配套驱动器进行参数提前设定，保证成套运动控制模块的顺利运行，以保证电机最佳性能和效率。

二、产品特点：

1、舵轮根据客户需求，设计选择不同电机类型、电压、电流、扭矩、尺寸等符合客户要求的驱动电机，满足了不同客户需求、

2、用一体化设计技术、高度集成、结构紧凑、承载强度高。能满足AGV对驱动轮高负荷的要求，同时便于批量加工制造。

3、集成测速传感器和角度测量传感器,能够完成360°任一角度的方向控制，控制精度达到±0.001度，精准地控制AGV舵轮直行或转向。

4、采用电机和传动箱反对称安装方式设计，在提供较大动力的情况下，大大缩短轮距，节约空间，提升扭矩。

三、技术特点：

1、设计了整套自动引导设备控制系统系统，包括驱动电机、转向电机、减速电机、减速系统、电气控制系统、电源总线及整体机械装置。

2、设定了电机类型、空载/装载重量、空载/装载速度、空载/装载使用比例、轮尺寸、轮负载、工作周期/频率、运行坡度/速度/加速度/阻力等关键参数，并设计了完善规范的参数计算模型。

3、通过双反馈柔性控制系统的方案，应用大闭环反馈的原理，解决了AGV电机驱动系统方式和系统研发问题。

4、内部定义电机参数定义45个，舵轮参数定义34个，地面参数定义9个，结合选型模式3种涵盖14个不同的算法。

四、技术难点

舵轮电气集成部分的参数设计及优化，配合驱动器调试过程中的电机实际参数的获取，变速箱齿轮参数设计，立式舵轮弧齿锥齿轮的创新性算法及设计等等，及其经验数据的实验获取。

其中弧齿锥齿轮由于参考文献不足，现有计算公式不全面，没有可参考的公开研究，公开公式中所设计的最小齿数、变位系数及安装距离都与我们所需参考的尺寸有很大差异，因此需要开创性的开发应用于立式舵轮的弧齿锥齿轮算法，并且计算难度大，不易加工，国内缺乏配对生产和组装经验，测绘难度大，需要采取调整法安装，并且不能进行预先的承载能力验证分析。

长期需要完善范围内的弧齿锥齿轮计算方法，并配合仿真软件进行模拟仿真，需要应用仿真软件进行二次开发。