相信在前幾年如果和你說(shuō)平衡車原理你會(huì)感到很神奇。還記得在北京2008年奧運(yùn)會(huì)的時(shí)候嗎所有的保衛(wèi)人員都騎著由美國(guó)SEGWAY 提供的電動(dòng)平衡車作為了逮捕工具。
獨(dú)輪平衡車的工作原理
下面我們就進(jìn)入了正題了：在了解平衡車的時(shí)候你應(yīng)該很好奇為什么電動(dòng)平衡車不倒呢?是不是有這種好奇心呢?別著急慢慢來(lái)為你分析。
一 方面是由于人能夠調(diào)整重心，調(diào)整車前行的方向，車前行的方向發(fā)生轉(zhuǎn)變由于慣性就能平衡重力的側(cè)翻力矩。還有重要的一點(diǎn)是高速旋轉(zhuǎn)的輪子具有較大的角動(dòng)量， 角動(dòng)量能夠抵抗外力矩，就好比陀螺不倒一樣。在大學(xué)物理里，這種現(xiàn)象叫進(jìn)動(dòng)，自傳體能把外力矩的方向旋轉(zhuǎn)90度。在這里就是輪子把側(cè)翻力矩變成使自行車轉(zhuǎn) 向的力矩。在這個(gè)基礎(chǔ)上面平衡車?yán)米杂械碾姍C(jī)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，采用陀螺儀與驅(qū)動(dòng)電路控制保持不倒。把身體向前傾斜就可以啟動(dòng)。速度則是由身體的傾斜程度來(lái)控制的，想要加速則向前傾，減速則向后傾。
加速度傳感器：
加 速度傳感器可以測(cè)量由地球引力作用或者物體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的加速度。只需要測(cè)量其中一個(gè)方向上的加速度值，就可以計(jì)算出車傾角。比如使用X 軸向上的加速度信號(hào)，車直立時(shí)，固定加速度器在X軸水平方向，此時(shí)輸出信號(hào)為零偏電壓信號(hào)。當(dāng)車發(fā)生傾斜時(shí)，重力加速度g 便會(huì)在X 軸方向形成加速度分量，從而引起該軸輸出信號(hào)的變化。
但在實(shí)際車運(yùn)行過(guò)程中，由于平衡車本身的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的加速度會(huì)產(chǎn)生很大的干擾信號(hào)疊加在上述測(cè)量信號(hào)上，使得輸出信號(hào)無(wú)法準(zhǔn)確反映真正的傾角。因此對(duì)于直立控制所需要的姿態(tài)信息不能完全由加速度傳感器來(lái)獲得。
角速度傳感器：
陀螺儀可以用來(lái)測(cè)量物體的旋轉(zhuǎn)角速度。平衡車上安裝陀螺儀，可以測(cè)量車傾斜的角速度，將角速度信號(hào)進(jìn)行積分處理便可以得到車的傾角。
平衡車的核心部件：
談到平衡我們就不得不說(shuō)到陀螺儀，陀螺儀的原理就是，一個(gè)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時(shí)，是不會(huì)改變的。人們根據(jù)這個(gè)道理，用它來(lái)保持方向，制造出來(lái)的東西就叫陀螺儀。我們騎自行車其實(shí)也是利用了這個(gè)原理。
輪子轉(zhuǎn)得越快越不容易倒，因?yàn)檐囕S有一股保持水平的力 量。陀螺儀在工作時(shí)要給它一個(gè)力，使它快速旋轉(zhuǎn)起來(lái)，一般能達(dá)到每分鐘幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)，可以工作很長(zhǎng)時(shí)間。然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動(dòng)將數(shù)據(jù)信號(hào) 傳給控制系統(tǒng)。
加速度和角速度兩個(gè)傳感器都無(wú)法單獨(dú)獲得動(dòng)態(tài)情況下的準(zhǔn)確，穩(wěn)定的姿態(tài)，但是這兩種傳感器具有互補(bǔ)性，即加速度傳感器，在靜態(tài)情況下使用效果會(huì)好一些，陀螺儀在動(dòng)態(tài)情況下使用，效果會(huì)好一些。此時(shí)，就需要一種算法，來(lái)將這兩種信號(hào)進(jìn)行有效融合，才能獲取準(zhǔn)確的姿態(tài)信息。
所以電動(dòng)獨(dú)輪平衡車主要通過(guò)控制器(智能芯片)、姿態(tài)傳感器(陀螺儀)、執(zhí)行器(電機(jī))三部分來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡。當(dāng)駕駛者傾斜身體時(shí)，姿態(tài)傳感器輸出相應(yīng)姿態(tài)信 息，控制器感知到這個(gè)信息后，命令電機(jī)向相應(yīng)方向旋轉(zhuǎn)，姿態(tài)傳感器按一定頻率不停地測(cè)量車子姿態(tài)，并輸出姿態(tài)息到控制器，控制器不停地調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向 和轉(zhuǎn)速，這樣就保持了一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡。
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本文標(biāo)題：探討一下平衡車是如何保持平衡的
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