双车联动AGV设计及其在商用车总线中的应用

       近年来商用车产业蓬勃发展，车型更加多样化、更新换代速度更快，传统的板链线装配方式存在地面基建施工量大，投资和维护成本高[1]，运行灵活性差，容错率低等缺点。随着AGV技术的快速发展与推广，促进了商用车行业从传统模式向智能制造的转型升级。

       德国MAN集团在克拉科夫工厂的重卡装配线是全球首次采用双车联动AGV代替传统板链线实现重卡的装配，国内头部的商用车企业均已使用AGV来替代板链线装配方式，结合非接触供电技术的应用，实现了AGV连续式不停车充电运行，提升了商用车总装线的运行效率与灵活性，实现了柔性化、智能化生产[2]。

       现有的双车联动AGV主要有两种类型[3]。一种是双车联动AGV负载运行时，前后车都带动力且不可独自切断动力，运行的稳定性与网络延时等息息相关，当网络质量不好时，会影响运行稳定性。另一种是前车带动力，后车为无动力小车，这种方式在装配长轴距的车架时，很容易将车架拉偏，导致整车装配完成后无法进入下线举升平台。

       结合现状，设计一款后车可以切断动力的AGV[4]，当双车联动AGV负载运行时，后车切断行走动力，保留转向功能，保证车架不会偏离运行路线，摆脱了对网络质量的高标准要求，实现AGV及装配线的高效稳定运行。

一、双车联动AGV在商用车多车型混线装配中的运行流程 

       使用双车联动AGV做商用车总装线大多是一个环线，包含AGV上线等待工位，商用车车架上线工位，发动机、驾驶室、轮胎等各装配工位，冷媒、制动液、燃油等加注工位，商用车整车下线工位和AGV空车返回工位。

       双车联动AGV运行流程[5]，如图1所示。

       AGV上线等待工位通过AGV调度系统，与空中车架转运的EMS系统实时交互获取当前车架的轴距信息，便于在车架上线工位的前后AGV间距自动调整。

       车架上线工位是商用车装配线的起点，前车AGV根据不同的车架轴距，在此工位对应位置精确定位停车，后车AGV根据当前车架轴距，通过AGV前部的激光测距传感器，实现与前车AGV的间距自动调整。

       车架落装完成后，人工通过PDA或按钮盒放行AGV，后车AGV接收到放行信号后，切断行走动力。前车AGV通过商用车车架与后车AGV绑定，由前车AGV提供动力，与后车AGV共同承载车架运行，依次经过各装配工位，其间通过AGV调度系统与各线边设备的实时交互，实现各工位智能化、可视化装配。

       下线工位通过液压举升平台实现商用车整车与AGV的脱离，AGV到达下线工位后，AGV调度系统与下线举升平台交互，举升平台将整车举起，后车AGV恢复动力，前后AGV空车返回到上线等待点等待，进入下一个装配循环。

二、双车联动AGV设计

       双车联动AGV通过商用车车架将前车AGV和后车AGV连接构成一个装配系统，如图2所示。前车AGV支撑商用车前桥横梁，后车AGV支撑商用车中后桥。通过调整AGV上支撑工装滑轨实现不同车型车桥、不同支持位置的切换，完成车架底盘支撑与输送。前后车AGV各自具有独立的动力，且后车AGV在双车联动时可以切断动力，降低了双车联动时对网络质量的要求，保证双车联动时平稳运行。 

       1.前车AGV设计

       驱动单元是AGV机械设计的核心部分，驱动单元的高度直接影响AGV整车高度。为了满足装配作业面1050mm左右的作业高度要求，前车AGV车体结构设计为“前宽后窄”的一个纯平的台面。

       前车AGV驱动采用铰接差速单元结构，创新设计将电机、减速机外翻，电机减速机直接承载，并且将驱动轮内嵌驱动框架，使得驱动单元高度做低，人工作业面高度做到行业同级别最低，即1050～1150mm。

       前车驱动单元如图3所示，采用铰接结构，能够适应一定不平的路面；驱动单元集成取电板、电源转换器、磁导航循迹传感器、RFID读卡器等，极大缩短了车体尺寸。

       2.后车AGV设计

       后车AGV需要在双车联动AGV负载时切断行走动力，创新设计“转向舵+后驱动”的驱动结构。前侧设有转向舵[6]，负责AGV转向功能。驱动后置，为AGV提供前进和后退的动力。  

       转向舵的结构如图4所示，转向舵的电机减速机安装在上铰接座上，并在电机减速机的输出轴与上铰接座之间增设轴承，避免减速机输出轴直接受力，实现大扭矩输出；同时，实现地面不平时两个行走轮能同时着地，提高了转向舵的越障能力。电机采用绝对值编码器，实时反馈转向舵的角度，并且加装两个机械限位开关进行双重保护，便于控制转向舵的回转角度。转向舵还集成取电板、电源转换器、磁导航传感器和RFID读卡器。

       3.供电设计

       由于商用车整车装配完成的自重较大，因此双车联动AGV运行时耗电量较高，且商用车总装线的生产节拍较高，采用非接触供电加备用电池的方式解决纯电池供电带来的充电等待问题，实现AGV不停车充电的方式保证连续装配运行，提高生产效率，实现绿色化生产。

       AGV供电原理，如图6所示。AGV整个运行环线全部铺设感应供电线缆，通过AGV车体上的取电板获得感应电源，经过电源变换器处理后接入电源管理器给AGV用的高压驱动和开关电源供电；备用电池也接入电源管理器，通过电源管理器升压给AGV用的高压驱动和开关电源供电，同时电源管理器可以给备用电池充电；当AGV取不到感应电源时，自动切换为备用电池供电，为AGV离开感应电源轨道时提供电能，保证AGV的正常运行。

        由于采用双供电系统自动切换机制，使AGV实现高柔性轨迹运行，且具有方便维护的特点。

       4.AGV调度系统

       AGV调度管理系统统一调配AGV任务，具备AGV状态监控、交通管制等功能，可与客户信息系统连接执行任务，高效管理AGV运行。AGV调度管理系统使用Wi-Fi和5G技术与AGV进行信息交互，当一种通信方式有问题时可以无缝切换通信模式，保证AGV与调度系统通信的可靠性，AGV双链路通信架构如图7所示。

        客户车间内部部署Wi-Fi无线网络和5G通信网络，AGV上同时安装Wi-Fi信号接收模块和5G信号接收模块，从而建立Wi-Fi和5G双通信链路。在Wi-Fi通信和5G通信均正常时，AGV自动选择一条链路和调度系统通信。当Wi-Fi通信链路断开时，AGV自动切换至5G通信；当5G通信链路断开时，AGV自动切换至Wi-Fi通信。整个通信过程无缝切换，保证AGV与调度系统通信的可靠性，支持2种通信模式切换。

三、实践应用

       本文所设计的双车联动AGV已在国内某商用车总装车间应用，与其他友商的商用车装配AGV应用相比，人工作业面高度为1050～1150mm之间，满足人机工程的要求，地面无需配套装配塌台或随行装配AGV，节省线边装配空间，降低成本，提升用户体验。

       与传统的板链线装配方式相比，双车联动AGV可以根据现场空间及装配工艺灵活调整运行路线，且路线修改比较简单，具有较高的柔性化，传统板链线方式需要大量的地面施工，且只能固定路线装配；双车联动AGV可以根据MES系统下发的车架轴距信息自动调整前后车的支撑距离，无需人工参与，提高工作效率，传统板链线方式只能是人工调整，费时费力；双车联动AGV可以通过调度系统实现与线边设备的联动运行，提高自动化装配效率，给商用车及相关行业提供了一种更高效、更柔性化的解决方案。

四、结论

       通过双车联动AGV的研发设计及应用，给商用车及相关行业提供了一种更高效、更柔性化的解决方案。其主要内容包括：

       1.前车AGV驱动单元创新性地采用驱动轮直连，电机减速机直接承载式结构，并且将驱动轮内嵌到驱动框架中，使驱动单元更加扁平化，前车AGV获得一个纯平的台面，高度做到行业同级别最低，人机工程最优。

       2.后车AGV驱动单元匹配电磁离合器，使双车联动AGV在负载卡车底盘时，后车AGV驱动电机输入被切断，由前车AGV拖拽前行，避免前后车AGV在联动运行时出现不同步现象，使双车联动AGV背负卡车底盘运行更加稳定。

       3.采用“非接触供电+备用电池”的复合供电方式，保证AGV的连续运行，提高生产效率。

       4.调度系统与AGV通讯方式采用Wi-Fi通讯和5G双通信链路，支持2种通信模式自动无缝切换， AGV与调度系统通信的可靠性更高。

       此方案的实际使用结果，对国内外商用车及相关行业（比如矿卡、农机、工程机械等）的装配具有重要的指导意义，有助于提高商用车及相关行业向智能化、柔性化方向发展。

参考文献:

[1]高勇,李智文,刘德志.汽车底盘随行合装工艺的探讨与应用[J].汽车实用技术,2023(9):179-182.

[2]吕红卫,何晓博,王新荣.AGV在重卡汽车底盘合装线中的应用探索[J].内燃机与配件,2020(21):36-37. 

[3]郭宝喜,孙铁华.双车联动重载AGV设计[J].中国新技术新产品,2021(1):73-75.

[4]王栋梁,田洪云,高云鹏,等.双车联动AGV系统: 202123437946.9[P].2022-05-10.

[5]Yan Wang, Hongliang Wang,Dawei Pi, et al. Cooperative Control of Two-Vehicle Transportation Based on Time-Varying Distance Between Vehicles[J]. IEEE INTELLIGENT TRANSPORTATION SYSTEMS MAGAZINE,2023: 99-113.

[6]曹岩,李强.无线供电AGV转向舵:202220682099.8 [P]. 2022-07-26.

[7]曹岩,陈孝宝.可切断动力超低AGV驱动:202220605255.0 [P].2022-07-22.