蒲雪
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摘要：AGV小车（Automated Guided Vehicle），是一种备有电磁或者光学自动导航装置的运输车，利用单舵轮控制小车运动，可在直线运动中改变小车行驶方向，并可适用于单舵轮AGV小车直线运动制动进程。实验者发现，单舵轮AGV小车在直线运动时，会因为直线方向的制动而发生侧滑，经过实验分析可知，AGV小车的侧滑反应是因为直线行驶时的紧急制动会产生惯性力矩，AGV小车的稳定性受到影响，甚至会出现严重的安全隐患。本文结合AGV小车直线制动时的受力模型，利用相关实验参数计算AGV小车直线制动距离和测偏力、横向摩擦力之间的定量关系，确定控制小车制动速度和加速度的参数规律。
关键词：单舵轮；AGV小车；直线制动；横向稳定性；分析优化
AGV小车利用一种比较先进的自动导航装置，沿着规定的导航路线规律行驶，由于AGV小车具有安全保护和移动载物功能，所以常常被应用于工业领域，被作为不需要驾驶员的搬运车，并大受欢迎。AGV小车使用蓄电池作为动力来源，并根据电脑控制行进路径。单舵轮AGV小车是一种能够更好控制行进方向的小车，为了能够更好地运输物料，AGV小车需要特定的活动区域，并配置支座架，为了能够更好地研究小车的稳定性，需要对单舵轮AGV小车直线制动横向稳定性进行分析，并重点解决直线制动中的稳定性优化问题[1]。
1.单舵轮AGV小车直线行进受力分析
1.1单舵轮AGV小车组成结构分析
单舵轮AGV小车在空载的时候受力相对比较均匀，小车的各个组成部分都会有所受力。由于单舵轮AGV小车为运输配备了运输架，利用车头控制运输架，所以小车可能包含驱动装置、制动装置、转向装置和车头——车体的必要结构。每一条车架上都会设置后轮作为支撑车架和运用的必要结构，后轮更加灵活，不需要和制动系统连接，但是主动轮是必不可少的，主动轮被称之为单舵轮，是AGV小车运动和行进途中最为重要的驱动轮，为了能够让单舵轮AGV小车的运输架行进过程更加灵活，一般会使用1个万向支撑轮和2个固定从动轮来作为单舵轮的辅助轮体系[2]。
1.2单舵轮AGV小车行进车轮受力
当单舵轮AGV小车在行进的过程中，车头带动单舵轮起到驱动作用，直线行驶的车头如果需要制动，也会直接给单舵轮下发指令，控制单舵轮直接转向或者驱动行进。如果单驱动轮的驱动力量很大，固定的从动轮会利用摩擦力的作用力，在单舵轮AGV小车车腿的位置起到支撑和制动的辅助作用。当小车的行进速度很快时，这种协助制动的作用力就会比较明显，也非常有必要。每次单舵轮AGV小车的驱动、直线行进、制动时，车轮都会受到侧向力和地面摩擦力的受力作用，这种原本看似很简单的受力模型，却可能因为单舵轮AGV小车货物摆放方向、行进速度过快等原因，导致直线制动时摩擦力、阻力加大，容易出现车体不稳定情况。
1.3单舵轮AGV小车行进车体受力
当AGV小车直线行驶后制动，假设小车的运行环境是相对平坦的专用路面，那么路面附着系数相对稳定、均一，当小车做直线运动的时候，垂直方向的受力可以被忽略，纵向、横向、倾斜力和小车的轮胎滚动阻力等均对小车的稳定性影响不大，当单舵轮AGV小车匀速前进的时候，其刚性车体和受力均匀，才不会出现侧翻事故。
利用模型进行还原实验之后，实验者发现驱动轮带动小车行进，辅助轮最大可以进行360度旋转，当单舵轮AGV小车行进的时候，地面对小车而言，产生了支撑力，单舵轮AGV小车当主动轮起到主要驱动制动转向作用时，其他轮子辅助轮可进行360度旋转，辅助轮只受到地面对其支撑力作用，辅助的支撑轮和制动系统不相连，没有制动力。通过这一分析可以发现，AGV小车在直线制动时，其受力主要为主动轮和地面之间接触点，促进车辆减速直至停止的制动力，地面的制动力和支撑力共同作用。值得强调的是，此时由于惯性力矩会产生一种侧偏力，地面对车轮的横向摩擦力。万向节辅助轮与地面接触点之间均有对轮子的支撑力，后轮和地面接触点也有支撑力，后轮又产生了双倍惯性力矩产生的侧偏力。这样来说，即使是在小车空载的时候，侧偏力也比较容易影响AGV小车，力量越大就越接近横向摩擦力，小车就会发生侧滑事故[3]。
2.单舵轮AGV小车直线行进确定性分析
2.1AGV小车空载时稳定性分析
AGV小车主动轮会产生一种横向摩擦力，这与后轮上的横向摩擦力之间有一定的对应关系。经过实验数据的测算，可以发现，AGV小车制动速度和刹车距离之间有关系，当小车运行速度越快，通过加速度的物理公式可以算出小车的受力情况，如果侧偏力越大，横向摩擦力也就越大，AGV小车更容易发生侧滑事故。当小车开始行驶时，加速度、前后轮均产生的侧偏力、横向摩擦力均与侧滑的定量关系有一定关联。
AGV小车如果没有装载货物，那么其前后轮的横向摩擦力是固定的当与地面摩擦系数和荷载大小是定量值的情况下，不随着制动距离和加速度等因素而有所改变。此时如果小车前轮的侧偏力过大，制动距离更短，小车就会左右摆动，其摆动的趋势可能会比较明显。AGV小车横向摩擦力的产生与侧偏力的连接距离有关测偏率大于横向摩擦力，那么横向摩擦力就不能克服后轮上的侧偏力，后轮可能容易出现侧滑现象。如果小车的侧偏力已经不能抵抗横向摩擦力的阻碍作用，前轮、后轮两者都有可能出现，侧滑，AGV小车在一定范围内会呈现出不稳定的情况，如果在前轮有侧滑趋势，而后轮相对稳定的时候，AGV小车会发生甩头现象[4]。
2.2AGV小车满载时稳定性分析
AGV小车满载的时候，前轮横向摩擦力和后轮横向摩擦力受到重量的关系，在制动范围内，小车因行驶速度的不同，产生了加速度的差异，前后轮侧偏力横向摩擦力与是否发生侧滑的关系，呈现出三种不同的状态。当小车满载时，前后轮上的摩擦力都不随着制动距离的改变而改变同样是一种固定的状态，当AGV小车前轮处的侧滑力大于后轮时，前轮的制动临界距离也大于后轮，前轮更容易出现侧滑或者摆动的动作和问题。AGV小车制动时前轮承受空载时整车的质量，此时车头的承重更大，横向摩擦力更大，能够有效抵御小车的不稳定情况。而AGV小车在满载的时候，小车后轮所表现出来的横向摩擦力更大，货物所导致的横向摩擦力会抑制小车的侧滑问题。
分析：根据以上两点可发现，为了使小车在。直线制动时更加稳定，制动距离应该更大，而且满载时如果进行直线制动，可先设法保证AGV小车的横向稳定，一般经过测算，基本制动距离要大于0.65米。如果侧偏力大于横向摩擦力，小车会出现侧滑或摆动，尽量减少侧偏力增大横向摩擦力设计小车时，注意自身质量和尺寸对支撑力的影响，进而决定横向摩擦力的大小，减缓AGGV小车的运行速度，可从小车本身质量尺寸以及对侧偏力和横向摩擦力影响等几个制约因素入手，改善AGV小车运行和直线制动时的不稳定情况。
结束语：综上所述，对于单舵轮AGV小车的直线制动应结合受力模型进行推导，结合实验数据，设法提高此类小车直线制动时横向稳定性，既考虑AGV小车自身的重量和尺寸因素，还要考虑AGV小车在直线制动时不同轮子所承受的横向摩擦力问题，以尽可能地改变AGV小车的侧滑和不稳定摆动问题等。
参考文献：
[1]金泽,庞新宇,于宝成.单舵轮自动导引小车转向状态分析[J].中国农机化学报,2019,40(05):172-177.
[2]吴宁强,李文锐,王艳霞,翟兆阳.重载AGV车辆跟踪算法和运动特性研究[J].重庆理工大学学报(自然科学),2018,32(10):53-57.
[3]张微. 单舵轮激光导引AGV控制器的设计与实现[D].山东大学,2015.
[4]李爱冉. 单舵轮AGV驱动性能研究[D].昆明理工大学,2015.