相信在前幾年如果和你說平衡車原理你會感到很神奇。還記得在北京2008年奧運會的時候嗎所有的保衛(wèi)人員都騎著由美國SEGWAY 提供的電動平衡車作為了逮捕工具。
獨輪平衡車的工作原理
下面我們就進入了正題了：在了解平衡車的時候你應(yīng)該很好奇為什么電動平衡車不倒呢?是不是有這種好奇心呢?別著急慢慢來為你分析。
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。還有重要的一點是高速旋轉(zhuǎn)的輪子具有較大的角動量， 角動量能夠抵抗外力矩，就好比陀螺不倒一樣。在大學(xué)物理里，這種現(xiàn)象叫進動，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。在這個基礎(chǔ)上面平衡車?yán)米杂械碾姍C來進行驅(qū)動，采用陀螺儀與驅(qū)動電路控制保持不倒。把身體向前傾斜就可以啟動。速度則是由身體的傾斜程度來控制的，想要加速則向前傾，減速則向后傾。
加速度傳感器：
加 速度傳感器可以測量由地球引力作用或者物體運動所產(chǎn)生的加速度。只需要測量其中一個方向上的加速度值，就可以計算出車傾角。比如使用X 軸向上的加速度信號，車直立時，固定加速度器在X軸水平方向，此時輸出信號為零偏電壓信號。當(dāng)車發(fā)生傾斜時，重力加速度g 便會在X 軸方向形成加速度分量，從而引起該軸輸出信號的變化。
但在實際車運行過程中，由于平衡車本身的運動所產(chǎn)生的加速度會產(chǎn)生很大的干擾信號疊加在上述測量信號上，使得輸出信號無法準(zhǔn)確反映真正的傾角。因此對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獲得。
角速度傳感器：
陀螺儀可以用來測量物體的旋轉(zhuǎn)角速度。平衡車上安裝陀螺儀，可以測量車傾斜的角速度，將角速度信號進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到陀螺儀，陀螺儀的原理就是，一個旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向在不受外力影響時，是不會改變的。人們根據(jù)這個道理，用它來保持方向，制造出來的東西就叫陀螺儀。我們騎自行車其實也是利用了這個原理。
輪子轉(zhuǎn)得越快越不容易倒，因為車軸有一股保持水平的力 量。陀螺儀在工作時要給它一個力，使它快速旋轉(zhuǎn)起來，一般能達到每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)，可以工作很長時間。然后用多種方法讀取軸所指示的方向，并自動將數(shù)據(jù)信號 傳給控制系統(tǒng)。
加速度和角速度兩個傳感器都無法單獨獲得動態(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性，即加速度傳感器，在靜態(tài)情況下使用效果會好一些，陀螺儀在動態(tài)情況下使用，效果會好一些。此時，就需要一種算法，來將這兩種信號進行有效融合，才能獲取準(zhǔn)確的姿態(tài)信息。
所以電動獨輪平衡車主要通過控制器(智能芯片)、姿態(tài)傳感器(陀螺儀)、執(zhí)行器(電機)三部分來實現(xiàn)平衡。當(dāng)駕駛者傾斜身體時，姿態(tài)傳感器輸出相應(yīng)姿態(tài)信 息，控制器感知到這個信息后，命令電機向相應(yīng)方向旋轉(zhuǎn)，姿態(tài)傳感器按一定頻率不停地測量車子姿態(tài)，并輸出姿態(tài)息到控制器，控制器不停地調(diào)整電機的轉(zhuǎn)動方向 和轉(zhuǎn)速，這樣就保持了一個動態(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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