[贴图]布什总统送小泉首相的电动车segway的平衡问题

woolf24

今天上网查了一下，这种车在台湾，香港均有销售，售价在￥4W~ 6W之间。是一种科技含量很高的电动两轮车。社会上各种称呼都有，那倒无所谓。我比较感性趣这种车的自动平衡的原理。据有资料介绍该车利用了传感器检测车内安装的陀螺仪可以自动调节平衡。因此站立在上面的人很容易驾驶。想到在6，7年前就看到过介绍，有美国专利将陀螺仪用于控制一种能够自动爬楼梯的人力车的平衡上。各位是否有兴趣对这种平衡机理的机械作一个猜测？

我第一个初步的想法好像是，陀螺仪检测到人体带给车身的不平衡摆动后，应当可以通过单板机给与车轮相连的电动机一个指令，使其产生一个向相反方向的反力矩作用在车轮上。但仔细一想，问题好像还有不少。首先，电动机的反力矩仅仅作用在车轮上，是否能够抵销人体中心变动所产生的倾覆力矩，好像这个力在地面的投影将会落在支点之外。其次这个电机要在瞬间反映，因此不能有过大的减速，所以体积问题怎么解决。还真不好猜测。如有兴趣的网友，可否谈谈各自的看法？

woolf24

 

水中水

Segway 独特的动态稳定技术与人体的平衡能力相似，5个便宜的固态陀螺仪、倾斜传感器、高速微处理器和电动机每秒100次监测车体姿态，测出驾驶者的重心，瞬间完成计算，以每秒20000次的频率进行细微调整，不管什么状态和地形都能自动保持平衡。它的运动也与人保持平衡的本能反应相同，没有油门和刹车，身体前倾则向前运动，后倾则后退，直立则停下，转向则通过旋转两个手腕下方的操纵把手来完成。之所以不用四轮来降低成本和复杂性，原因在于要考虑崎岖地形，四轮车的重心一旦落在一个轮子以外就会翻车，为此轮子不得不分得很开，增加了地面投影面积，有悖“Segway”小巧的初衷。

最轻便的SegwayHT p133最大速度16公里/小时，自重32公斤，载重95.3公斤，地面投影面积仅41×55厘米，两块48单元镍金属电池组能行驶9.7～16公里，充电需要4～6小时，适于平坦、拥挤的步行区，可带上火车或地铁，方便出差、上课和上班，可轻松推上楼梯。

为保证安全，Segway的最大速度和转弯速度可根据驾驶者的不同水平设置，使用黑色的初学者钥匙，最大速度只能达到9.6公里/小时，使用黄色的中级钥匙，可达到12.9公里/小时，使用红色的高级钥匙，就可以达到20公里/小时。

Segway的能耗相当于724公里/加仑，每英里比汽车节省0.36美元。美国城市地区平均有33%的日常交通会发生堵塞，每个驾车者每年因堵车浪费36小时。美国人每天要驾车9亿人次，估计其中有一半是不到8公里的单人驾车。如果这4.5亿次驾车平均距离为4.8公里，以汽车在城区平均油耗9公里/升，就有2.36亿升，如果其中只有10%被代替，每年可省油85.9亿升。

水中水

水中水

Segway最基本的构造可被概括为传感器、控制系统和马达系统。最原始的传感系统是一个陀螺仪的组合。最简单的陀螺仪是在一个稳定的框架中的可转动的轮子。一个转动的物体会拒绝转动轴上的变化，所以一个陀螺仪的轮子会保持它在空间的位置（以地面为参考系），甚至在你倾斜它的时候。但陀螺仪的框架会自由地在空间移动。通过测量轮子相对于框架的位置，精确的传感器能感知倾斜度（从正直的方向偏离多少）和倾斜速度（倾斜得有多快）。

原始的陀螺仪过于笨重，无法应用在这个机器上，Segway运用不同的机械机制达到相同的效果。它使用一种特殊的电晶体硅传感器，这种陀螺仪能通过Coriolis效果（地球自转偏向力）在一个非常小的范围里决定旋转。就好像飞机飞的是直线，但看起来好像是弯曲的，这是因为下面的地球在旋转。一个典型的电晶体硅传感器包括一个安装在支持性框架上的硅钢片。硅微粒在施加于硅钢片上的静电流的驱使下移动。这些微粒是以特殊方式移动的，能够造成硅钢板颤动，这种颤动是可预知的。当硅钢板沿轴转动时（即Segway转动时），这些微粒迅速改变和硅钢板的关系，于是振动产生了变化，变化的程度和旋转的程度成比例。陀螺仪测量振动的变化，把信息送给计算机。

Segway有五个陀螺仪传感器，其实只需要3个来检测前、后和左右的倾斜。多出的传感器增加了安全性。传感器的信息被传送到“大脑”，它由两个电子控制器电路板构成，电路板包括一个微处理器的集群。电路板上的多重微处理器据称是PC效率的3倍。因为需要极其精确的调整才能防止Segway倾倒。如果一个电路板出了毛病，另一个会承担所有的功能，让使用者从容不迫地停下来。

微处理器运行高级程序以控制机器。程序检测所有的稳定性信息，调整相关的电子马达的速度以回应这些信息。电子马达通过一对电池驱动，两个轮子可以被独立地调整到不同的速度上。当前进时，马达驱使两个轮子前进；后退时，马达驱使两个轮子后退；当转弯时，马达使一个轮子快些，一个轮子慢些，或者在相反方向上转动轮子，以使Segway左转或右转。

cxn

长见识了,节约能源,减轻公交压力,正适合我国现状,希望有我们自己的产品,价格低廉,大众都能买的起.

sixsixsix

    这东西如果突然遇到电力不足（例如电路接触不良等故障），发生倾倒，可是人命关天的事。

    因此不仅机构要有可靠的保险，而且要向保险公司投保的。

陈伯雄

 cxn：您认为这个肯定很贵的洋东西，比自行车还符合我国的现状？您别是才回国的海龟吧？

sixsixsix：同感。这类机构，可靠性是设计的第一约束条件...

woolf24

谢谢各位介绍，这玩艺颠覆了汽车传统的传动和操控的概念了。如果汽车的设计引入了这些概念，其性能可是不可预测了。

chzs

距离比较近的话骑自行车最好。