懸浮滑板（Hoverboard）的概念源于一部電影《回到未來2》，主角馬蒂·邁克菲（Marty McFly）去到了未來世界，發(fā)現(xiàn)未來的孩子們都站在一個(gè)沒有輪子的懸浮平臺(tái)上移動(dòng)。盡管目前的自平衡踏板車并不能真的懸浮（hover），人們還是用Hoverboard這個(gè)名字稱呼它，因?yàn)樗犐鲜滞ㄋ滓锥疫€非常酷炫。在國內(nèi)，它也被叫做自平衡電動(dòng)車。
自平衡電動(dòng)車有很多款式，下圖示為雙輪自平衡電動(dòng)車。
近幾年，這種新型踏板車在國內(nèi)十分熱門。在街上，你不時(shí)可以看到身邊劃過的人，他們站在奇形怪狀可以移動(dòng)的工具上，只留下瀟灑的背影。對(duì)于懶人一族來說，它真是是神奇的發(fā)明，占地小，移動(dòng)快，價(jià)格比起同類型代步工具也不太貴。如果你也想在今年給自己買一個(gè)作為禮物，可一定要考慮考慮，最起碼得知道它是如何工作的。
電動(dòng)平衡車分類
目前的電動(dòng)平衡車大致可以分為獨(dú)輪、兩輪和四輪三種類型，但不同廠家所設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品確實(shí)多種多樣。
獨(dú)輪平衡車有沖浪板式、滑板式、踏板式。滑板式獨(dú)輪平衡車一般來說比踏板式要難些。
兩輪平衡車有帶把的和不帶把的，帶把的需要利用把手進(jìn)行方向的調(diào)節(jié)，不帶把的需要利用身體進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。
四輪平衡車常見類型就是花瓣，一般需要搭配遙控器進(jìn)行使用。
三種電動(dòng)平衡車的差異除了外觀設(shè)計(jì)的不同，在電池容量和可續(xù)航能力上也是一個(gè)最為明顯的區(qū)別。作為消耗品，大部分電動(dòng)平衡車可以自己更換電池或是安裝第二塊電池，但普遍電池價(jià)格較高。
了解了電動(dòng)平衡車有這么多種類，那么它們的工作原理都是怎么樣的呢？
電動(dòng)平衡車工作原理
1.電動(dòng)獨(dú)輪車
從簡(jiǎn)化的模型來看，電動(dòng)獨(dú)輪車的工作流程分為一個(gè)原理、三個(gè)核心和五大部分。
電動(dòng)獨(dú)輪車主要有控制器(或稱作智能芯片、固件)、陀螺儀(或稱作姿態(tài)傳感器、角速度傳感器)、電機(jī)(執(zhí)行器)三個(gè)核心部件。
根據(jù)目前流傳比較廣泛的文獻(xiàn)來看，電動(dòng)獨(dú)輪車的運(yùn)行原理主要是建立在一種被稱為“動(dòng)態(tài)穩(wěn)定”的基本原理上，利用車體內(nèi)部的陀螺儀和加速度傳感器，來檢測(cè)車體姿態(tài)的變化，并利用伺服控制系統(tǒng)，精確地驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以保持系統(tǒng)的平衡。這個(gè)所謂的“動(dòng)態(tài)穩(wěn)定”也并不是什么新的理論，盡管這個(gè)理論本身還在不斷完善，但是不影響它的實(shí)際應(yīng)用，比如你騎自行車，其實(shí)越慢越不好穩(wěn)定騎行。
用更簡(jiǎn)易的不精確的語言來示意一下：當(dāng)人體(1)傾斜身體時(shí)，陀螺儀(2)檢測(cè)并輸出相應(yīng)姿態(tài)信息，控制器(3)得到到這個(gè)信息后，命令電機(jī)(4)向相應(yīng)方向旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)獨(dú)輪車的(5)運(yùn)動(dòng)，這樣完成一個(gè)周期。陀螺儀按一定頻率不停地檢測(cè)車子姿態(tài)，并輸出姿態(tài)信息到控制器，控制器不停地調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣就保持了一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡。
那么這五個(gè)部分當(dāng)中，最核心的三個(gè)部件陀螺儀(2)、控制器(3)和電機(jī)(4)恰好是最不容易出問題的，驗(yàn)證方法很簡(jiǎn)單，你摔車以后重新開機(jī)，如果這三部分出問題了，你根本不能重新啟用該獨(dú)輪車。
這個(gè)示意圖當(dāng)中，獨(dú)輪車(5)其實(shí)是包含核心部件以及配件的整體，可能出問題的地方就是電池或者各種接線了，最有可能出現(xiàn)問題的恰恰是人(1)本身，人在知道基本原理的情況下騎行最為重要。
陀螺儀的原理：
下面分析一下陀螺儀(2)的基本原理：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。所以螺旋儀是一種用來傳感與維持方向的裝置，基于角動(dòng)量守恒的理論設(shè)計(jì)出來的。 陀螺儀一旦開始旋轉(zhuǎn)，由于轉(zhuǎn)子的角動(dòng)量，陀螺儀有抗拒方向改變的趨向。
以下圖為例：
第一個(gè)圖是車體水平時(shí)候的狀態(tài)，陀螺儀檢測(cè)水平狀態(tài);第二個(gè)圖是通過人體前傾達(dá)到前腳掌用力壓住踏板，導(dǎo)致車體前傾狀態(tài)，陀螺儀檢測(cè)到有角速度變化。這時(shí)候陀螺儀會(huì)給控制器發(fā)出姿態(tài)變化信息，控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過車輪的旋轉(zhuǎn)試圖讓車體回歸水平狀態(tài)(第一個(gè)圖)，這樣車體實(shí)現(xiàn)了前進(jìn)。
如果不斷的讓踏板前傾，就是所謂的壓板，車體就實(shí)現(xiàn)了加速前進(jìn)。但是，如果人體前傾角度很大，導(dǎo)致人的重心移出腳踏板之外，腳踏板沒有外力時(shí)，車體迅速達(dá)到了水平狀態(tài)，陀螺儀檢測(cè)車體姿態(tài)水平，控制器就不再需要讓電機(jī)旋轉(zhuǎn)了，車體只能依靠慣性前進(jìn)。這時(shí)候你想想什么事情會(huì)發(fā)生呢?急加速撲街!如果在起步階段，車速很小，這個(gè)還算能夠避免，但是如果在正常騎行中，人來不及跑出去，必定會(huì)趴在地上;而且由于車的慣性，人并不是直接撲到，而是前進(jìn)一段才會(huì)撲街。所以這種情況下，撲街的人往往覺得是車子突然失去平衡(俗稱“軟板”)。哪里是突然失去平衡?分明是你自己控制的結(jié)果，三大核心部件都在毫無差錯(cuò)的正常工作，你唯一能做的就是不要急加速。
至于減速和拐彎，基本原理類似，所以不再重復(fù)描述，結(jié)論當(dāng)然是不能急減速和急拐彎。
控制機(jī)的原理：
下面分析一下控制機(jī)(3)的基本原理：控制器本質(zhì)上是寫到主板上的一段程序，也就是說它本質(zhì)上是軟件。既然是軟件，很多廠商就利用手機(jī)不斷升級(jí)它，以消除部分BUG。很多車友關(guān)心車體最大速度問題，控制器得到速度傳感器返回的速度到極值時(shí)候，會(huì)通過翹板、蜂鳴器報(bào)警等方式提醒騎行者。有些車友通過破解固件或者更換主板的方式，達(dá)到提高極值的目地，這樣做就是圖一時(shí)痛快，隨時(shí)會(huì)面臨撲街之痛，因?yàn)楣碳c電機(jī)等其他部分配合才能正常使用。
電機(jī)的原理：
下面分析一下電機(jī)(4)的基本原理：車友最關(guān)注的參數(shù)是電機(jī)功率，單看這個(gè)參數(shù)，肯定是越大越好，但是電機(jī)功率越大，意味著重量越重，當(dāng)然成本也越高。關(guān)于電機(jī)額定功率(實(shí)際能夠輸出的最大功率)，如果需要的功率大于電機(jī)的額定功率，電機(jī)達(dá)不到這么大功率，那就會(huì)引起斷電。高中電學(xué)有一個(gè)公式 P=UI(功率=電壓×電流)，每節(jié)18650電池能夠提供的電壓3.7V-4.2V，功率越大需要輸出的電流越大，但顯然電池的放電電流也是有限值，尤其車子騎過一段時(shí)間后電壓降低，最終能夠達(dá)到的功率會(huì)越來越小，所以你也能知道為什么很多平衡車電量降低后沒怎么加速就滴滴報(bào)警了(俗稱“功率報(bào)警”)，這時(shí)候你還企圖加速，那只有斷電的唯一選擇。高中力學(xué)有一個(gè)公式 P=Fv=mav(功率=質(zhì)量×加速度×速度)，質(zhì)量、加速度、速度，任何一個(gè)變量太大都會(huì)導(dǎo)致輸出功率太大，也就說明了為什么同一臺(tái)車子，瘦子反而比胖子騎行更安全，這里不是歧視胖子朋友，畢竟體重大還嚴(yán)重影響續(xù)航呢。這同時(shí)也說明速度過快可能斷電，而且加速度太大(急加速)也可能會(huì)斷電。
2.兩輪電動(dòng)平衡車工作原理
或許很多人還不太了解雙輪電動(dòng)平衡車的結(jié)構(gòu)，不過不用擔(dān)心，接下來讓我們來用一張圖清晰簡(jiǎn)潔的解析雙輪電動(dòng)平衡車結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在市面上常見的平衡車分為雙輪電動(dòng)平衡車和獨(dú)輪電動(dòng)平衡車兩種類型，在外觀上，兩者具有天壤之別，但實(shí)際上他們的核心工作原理是一樣的。用一張雙輪電動(dòng)平衡車的結(jié)構(gòu)圖來揭開雙輪電動(dòng)平衡車的結(jié)構(gòu)秘密，現(xiàn)在開始吧。
雙輪電動(dòng)平衡車結(jié)構(gòu)圖
雙輪電動(dòng)平衡車主要由兩大部分構(gòu)成，一部分是雙輪電動(dòng)平衡車的主體；另一部分是雙輪電動(dòng)平衡車的方向控制柄。
方向控制柄就是用來控制車體運(yùn)行過程中行進(jìn)方向的；而雙輪電動(dòng)平衡車的主體才是人們稱其為自平衡車（Self-balancing）的主因，以下將列舉雙輪電動(dòng)平衡車主體的主要組成結(jié)構(gòu)：
1. 控制電路板（即我們常說的主板），控制電路板又包含了傳感器模塊、運(yùn)算模塊、電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊；
2. 平衡感應(yīng)組件（即陀螺儀，或者陀螺儀與加速度計(jì)的組合，至于為什么會(huì)有陀螺儀與加速度計(jì)的組合，我們將會(huì)在雙輪電動(dòng)平衡車工作原理一文中詳細(xì)解答）；
3. 電機(jī)，使用在雙輪電動(dòng)平衡車或者獨(dú)輪電動(dòng)平衡車上面的電機(jī)從功能上可以大致分為直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)；從結(jié)構(gòu)上主要分為有刷電機(jī)與無刷電機(jī)（可以查閱自平衡電動(dòng)車選有刷電機(jī)還是無刷電機(jī)好一文了解有刷電機(jī)與無刷電機(jī)的區(qū)別）；從平衡車電機(jī)方案上分為獨(dú)立電機(jī)加齒輪（即圖中減速箱）傳動(dòng)方案與輪機(jī)一體的輪轂驅(qū)動(dòng)方案。本文中如上圖平衡車采用的是獨(dú)立電機(jī)加齒輪傳動(dòng)方案；
4. 電池，目前用于平衡車中的電池以鉛酸蓄電池與鋰電池為主；
5. 其它部件，包含車廂，車輪等。
電動(dòng)平衡車如此熱門，自然少不了各大廠商來分這杯羹。
電動(dòng)平衡車目前有哪些廠商和代表產(chǎn)品呢？
電動(dòng)平衡車行業(yè)代表產(chǎn)品
1.Ninebot ONE九號(hào)機(jī)器人
Ninebot是平衡車中比較有名的品牌，因?yàn)榍安痪盟乓驗(yàn)槭召徚似胶廛嚨氖甲尜惛裢暶蘸铡Ｗ鳛橐豢钪悄艿膯屋嗆嚕男詢r(jià)比是比較高的，七彩的燈光讓它注定是一款耀眼的產(chǎn)品！
2.Airwheel愛爾威火星車X3
愛爾威也是一個(gè)平衡車行業(yè)中不錯(cuò)的品牌，這款A(yù)irwheel火星車X3，價(jià)格比較便宜，就是造型相對(duì)來說，沒有ninebot那么好看炫酷。
3.樂行天下V3C獨(dú)輪車
當(dāng)初小米希望收購樂行，結(jié)果被樂行拒絕。這樣一個(gè)高傲的平衡車品牌，憑借著成熟的技術(shù)，確實(shí)在平衡車領(lǐng)域很有前景。樂行的平衡車在做工方面和技術(shù)方面都無需置疑。
4.飛輪威爾
飛輪威爾，即F-WHEEL智能自平衡獨(dú)輪車，又稱思維車。是國際著名平衡車品牌，它輕巧方便，只有9.6千克，采用鋰電池驅(qū)動(dòng)，環(huán)保無污染，是城市短途代步的最佳工具。也可以作為商業(yè)演出、健身、娛樂、旅行等工具。深受國內(nèi)外青年的喜愛。飛輪威爾電動(dòng)獨(dú)輪車采用了自主研發(fā)的道路，具有國際先進(jìn)水平的自平衡技術(shù)，現(xiàn)已成為性價(jià)比超高的一款平衡車。
5.IPS i系列獨(dú)輪車
IPS是一家有自主研發(fā)能力的平衡車品牌，這款產(chǎn)品的性價(jià)比比較高，適合想要嘗鮮，嘗試平衡車的人，把它當(dāng)做入門級(jí)的平衡車再適合不過了！
6.米家九號(hào)平衡車Plus
6月28號(hào)，小米小米旗下智能家居品牌米家在北京召開發(fā)布會(huì)，發(fā)布了一款重量級(jí)的產(chǎn)品米家九號(hào)平衡車Plus。九號(hào)平衡車Plus的硬件升級(jí)被稱為“從轎車升級(jí)為國人更喜歡的SUV”，它在“智能跟隨、更長續(xù)航、更在載重”等方面都進(jìn)行了升級(jí)。
隨著電動(dòng)平衡車的流行，隨之而來的危險(xiǎn)事例也不斷發(fā)生。
電動(dòng)平衡車，它們有罪嗎？
客觀上來說，在我國，自平衡電動(dòng)車還只是熱門而小眾的工具，但在有些國家，出于交通秩序和安全隱患的原因，它的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入另一個(gè)階段，它冬天也許馬上就要來臨。
紐約市警察局在公眾賬號(hào)上宣布騎行類似電動(dòng)車是違法的，并警告人們?nèi)绻诮稚媳蛔サ绞褂茫瑢?huì)被處以罰款或其他處罰。
英國也采取了類似的措施：自平衡電動(dòng)車以及其他電動(dòng)運(yùn)輸車禁止在道路兩邊使用。這個(gè)禁止令來自1835年發(fā)布的號(hào)高速公路法案。在英國，在道路上行駛的車都要求登記。但不幸的是，自平衡電動(dòng)車不能被登記，所以你也不能在路上合法使用它。
紐約和英國都采取了相似的法律去禁止它在公共場(chǎng)合的使用。理由是自平衡電動(dòng)車使用者如果在人行道上使用，會(huì)擾亂正常的交通秩序，這點(diǎn)與自行車和其他大型設(shè)備類似。簡(jiǎn)而言之，如果你在紐約或英國買了代步器，你基本就只能在私人場(chǎng)地里裝酷了。
劣質(zhì)代步器引發(fā)的事故造成人員傷亡。
為什么會(huì)爆炸呢？
在網(wǎng)上流傳出越來越多自平衡電動(dòng)車出事故的視頻，大家對(duì)這種新型的交通工具的安全性的關(guān)注度也越來越高。從極端的安全事故的例子來看，有些價(jià)格便宜的自平衡電動(dòng)車甚至引發(fā)了爆炸和起火。這些慘劇也迫使亞馬遜停售特殊型號(hào)的電動(dòng)車。
大多數(shù)情況下，爆炸是因?yàn)樗b錯(cuò)了電池。
市場(chǎng)上，電池的價(jià)格分級(jí)嚴(yán)重，質(zhì)量也層次不齊。在亞馬遜出于安全的考慮停售前，你可以在上面找到300到700美元不等的設(shè)備，或更貴的，比如PunkeeDuck，1500美元。
價(jià)格便宜的設(shè)備，質(zhì)量上當(dāng)然不能像貴的一樣有保證。Buzzfeed就曾報(bào)道過，在中國，自平衡電動(dòng)車快速流行，但相關(guān)生產(chǎn)工廠的質(zhì)量管理和監(jiān)控卻嚴(yán)重滯后，有些產(chǎn)品甚至沒有質(zhì)量檢測(cè)就拿到市場(chǎng)上去賣。
電池爆炸實(shí)際上對(duì)電子產(chǎn)品的消費(fèi)者來說不陌生，手機(jī)、電腦、電動(dòng)車等其他電子產(chǎn)品經(jīng)常有電池爆炸的報(bào)道。事故大多數(shù)是因?yàn)檫@些設(shè)備內(nèi)的散熱系統(tǒng)和冷卻部件不足以使其在安全的溫度范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)。拿像自平衡電動(dòng)車這樣的設(shè)備來說，電池體積大、功率強(qiáng)，一旦燃燒起來，甚至可以燒毀房屋。
在解決堵車、路程不遠(yuǎn)不近等問題上，電動(dòng)平衡車確實(shí)給我們的生活帶來了很多方便。但在其大多存在安全風(fēng)險(xiǎn)方面，又讓廠家和用戶都很無奈。關(guān)于未來如何解決這些問題，大概是每個(gè)生產(chǎn)廠家應(yīng)該關(guān)注的問題。
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