解讀分析電動(dòng)平衡車(chē)原理

        近來(lái)年，路上出現好多種形形色色的電動(dòng)平衡車(chē)，有獨輪型的，也有兩輪型的，還有滑板車(chē)型的，已經(jīng)成為一條城市風(fēng)景線(xiàn)。并且越來(lái)越多的電影、電視劇和娛樂(lè )節目里都開(kāi)始出現電動(dòng)平衡車(chē)。想必很多人都對電動(dòng)平衡車(chē)非常好奇。下面有賽億技術(shù)員為大家詳細介紹電動(dòng)平衡車(chē)原理。

　　電動(dòng)平衡車(chē)主控芯片大多數是使用ST(意法半導體)的一款32位單片機——STM32F103系列，具體如下：

　　STM32F103系列

　　品牌：ST(意法半導體)

　　型號：STM32F103C8、STM32F103CB、STM32F103R4、STM32F103R6、STM32F103R8、STM32F103RB

　　應用范圍：平衡車(chē)、無(wú)人機、智能手環(huán)、藍牙音響、物聯(lián)網(wǎng)家電、消費電子、血糖儀等等。

　　價(jià)格：8.5-9元(STM32F103R8)

　　兩輪平衡車(chē)的原理如下：

　　1、由于兩輪自平衡電動(dòng)車(chē)的兩輪結構，使得它的重心在上、支點(diǎn)在下，故在非控制狀態(tài)(或靜態(tài))下為一不穩定系統。然而，可以利用倒立擺系統的控制原理，通過(guò)微處理器的控制使它能夠如倒立擺一樣穩定在一個(gè)平衡位置處，并能在保持平衡的狀態(tài)下按照使用者的指令要求正常運行。兩輪自平衡電動(dòng)車(chē)實(shí)際上是一級直線(xiàn)式倒立擺和旋轉式倒立擺的結合體，它的控制原理與倒立擺系統的基本一致。更形象地說(shuō)，自平衡電動(dòng)車(chē)的工作原理更像人行走的過(guò)程。

　　2、對于人而言，當人體的重心向前傾斜并失去平衡時(shí)，人通過(guò)自身的感覺(jué)器官能夠察覺(jué)到自己身體的傾斜(角度)，于是他會(huì )做出一個(gè)反應——向前邁出一步來(lái)防止自己摔倒在地上。如果身體一直前傾，為了保持平衡，人就會(huì )一步又一步地往前走。因此，如果將兩個(gè)由電機驅動(dòng)的車(chē)輪看成人的雙腿，再加上能夠測量車(chē)體相對于水平面傾角大小和速度的傳感器，最后通過(guò)微處理器的控制便能夠實(shí)現車(chē)體自平衡的效果。因而當人站在車(chē)上時(shí)，只要將身體帶動(dòng)車(chē)體一起往前傾(或后傾)就可以實(shí)現電動(dòng)車(chē)載人前進(jìn)(或后退)，如圖所示:

　　3、兩輪電動(dòng)平衡車(chē)工作原理是系統以姿態(tài)傳感器(陀螺儀、加速度計)來(lái)監測車(chē)身所處的俯仰狀態(tài)和狀態(tài)變化率,通過(guò)高速微控制器計算出適當數據和指令后,驅動(dòng)電動(dòng)機產(chǎn)生前進(jìn)或后退的加速度來(lái)達到車(chē)體前后平衡的效果。假設我們以站在車(chē)上的駕駛人與車(chē)輛的總體重心縱軸作為參考線(xiàn)。當這條軸往前傾斜時(shí)，車(chē)身內的內置電動(dòng)馬達會(huì )產(chǎn)生往前的力量，一方面平衡人與車(chē)往前傾倒的扭矩，一方面產(chǎn)生讓車(chē)輛前進(jìn)的加速度，相反的，當陀螺儀發(fā)現駕駛人的重心往后傾時(shí)，也會(huì )產(chǎn)生向后的力量達到平衡效果。因此，駕駛人只要改變自己身體的角度往前或往后傾，兩輪電動(dòng)平衡車(chē)就會(huì )根據傾斜的方向前進(jìn)或后退，而速度則與駕駛人身體傾斜的程度呈正比。原則上，只要正確打開(kāi)電源且能保持足夠運作的電力，車(chē)上的人就不用擔心有傾倒跌落的可能，這與一般需要靠駕駛人自己進(jìn)行平衡的滑板車(chē)等交通工具完全不同。

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