平衡車(chē)如何工作？
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(chē)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?chē)軸有一股保持水準(zhǔn)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)將資料信號(hào)傳給控制系統(tǒng)。加速度和角速度兩個(gè)感測(cè)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，即加速度感測(cè)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)，就需要一種演算法，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)資訊。
所以電動(dòng)獨(dú)輪平衡車(chē)主要通過(guò)控制器（智慧晶片），姿態(tài)感測(cè)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)感測(cè)器輸出相應(yīng)姿態(tài)資訊，控制器感知到這個(gè)資訊后，命令電機(jī)向相應(yīng)方向旋轉(zhuǎn)，姿態(tài)感測(cè)器按一定頻率不停地測(cè)量車(chē)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。
獨(dú)輪平衡車(chē)的工作原理：
一方面是由于人能夠調(diào)整重心，調(diào)整車(chē)前行的方向，車(chē)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(chē)轉(zhuǎn)向的力矩。
利用電機(jī)來(lái)加強(qiáng)改進(jìn)平衡：
在此基礎(chǔ)上，自平衡電動(dòng)獨(dú)輪車(chē)加以改進(jìn)，靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，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。拋開(kāi)人的主動(dòng)操控，獨(dú)輪平衡車(chē)保證正常工作一定離不開(kāi)加速度感測(cè)器和角速度感測(cè)器（陀螺儀）
加速度感測(cè)器：
加速度感測(cè)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(chē)傾角。比如使用點(diǎn)ˉx軸向上的加速度信號(hào)，車(chē)直立時(shí)，固定加速度器在點(diǎn)ˉx軸水準(zhǔn)方向，此時(shí)輸出信號(hào)為零偏電壓信號(hào)。當(dāng)車(chē)發(fā)生傾斜時(shí)，重力加速度摹便會(huì)在點(diǎn)ˉx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(chē)運(yùn)行過(guò)程中，由于平衡車(chē)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)資訊不能完全由加速度感測(cè)器來(lái)獲得。
角速度感測(cè)器：
陀螺儀可以用來(lái)測(cè)量物體的旋轉(zhuǎn)角速度。平衡車(chē)上安裝陀螺儀，可以測(cè)量車(chē)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(chē)的傾角。
雙輪平衡車(chē)的工作原理：
與獨(dú)輪平衡車(chē)相比，雙輪最大的區(qū)別便是多了一個(gè)輪子和操縱桿，但它與電動(dòng)自行車(chē)和摩托車(chē)車(chē)輪前后排列方式不同，而是采用兩輪并排固定的方式，就像一種兩輪平行的機(jī)器人一樣。兩輪自平衡控制系統(tǒng)是一種兩輪左右平行布置的，像傳統(tǒng)的倒立擺一樣，本身是一個(gè)自然不穩(wěn)定體，必須施加強(qiáng)有力的控制手段才能使之穩(wěn)定。因?yàn)閮奢喥胶廛?chē)具有運(yùn)動(dòng)靈活，智慧控制，操作簡(jiǎn)單，節(jié)省能源，綠色環(huán)保，轉(zhuǎn)彎半徑為零等優(yōu)點(diǎn)，所以它適用于在狹小空間內(nèi)運(yùn)行。雙輪平衡車(chē)的工作原理，非常類(lèi)似于我們?nèi)梭w自身的平衡系統(tǒng)。就我們的人體而言，當(dāng)身體重心前傾時(shí)，為了保證平衡，我們需要往前走；而當(dāng)重心后傾時(shí)，我們需要往后走，其中也是同樣的道理。當(dāng)我們?cè)隈{駛平衡車(chē)的時(shí)候，平衡車(chē)的兩個(gè)輪子就代替了雙腳。
與身體的平衡系統(tǒng)非常類(lèi)似，當(dāng)我們的重心前傾時(shí)，智慧系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)感應(yīng)到，并精確地驅(qū)動(dòng)輪子向前運(yùn)動(dòng)，以保持平衡；同樣地，當(dāng)我們身體的重心后傾時(shí)，輪子就會(huì)向后運(yùn)動(dòng)。這套工作原理被稱(chēng)為“動(dòng)態(tài)平衡”原理，這也是平衡車(chē)被叫做“平衡車(chē)”的原因，有時(shí)也被叫做“體感車(chē)”，這是因?yàn)樗芨袘?yīng)身體重心的變化，因駕駛者姿態(tài)的變化而改變行駛狀態(tài)，有時(shí)也被叫做“思維車(chē)”，這是因?yàn)樗軌蛑腔鄹袘?yīng)重心變化，智慧調(diào)整姿態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)。
平衡車(chē)?yán)谩皠?dòng)態(tài)平衡”原理，采用第二代運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償演算法，利用其內(nèi)部的陀螺儀和加速度感測(cè)器，來(lái)精確檢測(cè)車(chē)體姿態(tài)的微小變化，并利用精密的伺服控制系統(tǒng)，靈敏地驅(qū)動(dòng)電機(jī)，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以保持整個(gè)車(chē)體的穩(wěn)定和平衡。
當(dāng)我們旋轉(zhuǎn)方向操縱桿時(shí)，運(yùn)行系統(tǒng)會(huì)相應(yīng)地控制左右兩邊的速度差，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)體的轉(zhuǎn)向。因此在騎行過(guò)程中，將方向操縱桿指向您需要前進(jìn)的方向時(shí)，車(chē)體將會(huì)朝著我們指向的方向行駛。當(dāng)方向操縱桿處于車(chē)體正中間位置時(shí)，系統(tǒng)將朝正前方行駛。并且在轉(zhuǎn)向時(shí)，如果身體跟隨方向操縱桿傾斜的方向傾斜，那么我們將會(huì)獲得更好的轉(zhuǎn)向體驗(yàn)。平衡車(chē)不僅擁有時(shí)尚動(dòng)感的炫酷外觀，在其內(nèi)部有一個(gè)極致精密的智慧運(yùn)行系統(tǒng)，用“秀于外，慧于中”來(lái)形容最貼切不過(guò)了。
但也是這樣一款產(chǎn)品卻一直穿梭在監(jiān)管的灰色地帶，部分地區(qū)交管部門(mén)已經(jīng)限制平衡車(chē)上路，未來(lái)電動(dòng)平衡車(chē)將駛向何方，還很不明朗。
不過(guò)我們自己在學(xué)校小區(qū)里玩玩應(yīng)該還是可以的。當(dāng)然這樣的法規(guī)也是出于對(duì)公共交通安全的考慮，因?yàn)橐坏┥下?，你不光要?duì)自己的生命負(fù)責(zé)，也要對(duì)同樣在路上的所有駕駛者和乘客負(fù)責(zé)。