隨著平衡車（www.imscv.com）逐漸走入人們的視野，很多人也期待購(gòu)買一臺(tái)新潮的大玩具回家。但是很多人買回來(lái)以后還是很奇怪，它是怎么站起來(lái)的，兩個(gè)輪子不是會(huì)倒嗎？這樣會(huì)不會(huì)不安全？今天就給大家科普一下它是怎么保持平衡的。

    我們知道，一個(gè)靜止的物體需要至少要三個(gè)支點(diǎn)才能保持平衡的姿態(tài)，這就是靜態(tài)平衡體，當(dāng)物體跟地面接觸點(diǎn)少于三個(gè)，重心不穩(wěn)定，就可能受地球引力作用而朝某個(gè)方向倒下。

    但如果物體能夠不斷地自動(dòng)調(diào)整自己的重心，讓物體不斷獲得平衡，就能一直維持當(dāng)前姿態(tài)。這就是另一種平衡姿態(tài)：動(dòng)態(tài)平衡。兩輪平衡車就是一種兩個(gè)支點(diǎn)的動(dòng)態(tài)平衡體。

    控制車直立的直觀經(jīng)驗(yàn)來(lái)自于雜技表演。我們可以自己做個(gè)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)簡(jiǎn)單練習(xí)就可以讓一個(gè)直木棒在手指尖上保持直立，大家很容易可以做到，或者說(shuō)至少能維持一定時(shí)間。但是在這個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，這需要兩個(gè)條件：一個(gè)是托著木棒的手掌可以移動(dòng)；另一個(gè)是眼睛可以觀察到木棒的傾斜角度和傾斜趨勢(shì)（角加速度）。通過(guò)手掌移動(dòng)抵消木棒的傾斜角度和趨勢(shì)，從而保持木棒的直立。這兩個(gè)條件缺一不可，這實(shí)際上就是控制中的負(fù)反饋機(jī)制（對(duì)于一個(gè)反應(yīng)的結(jié)果，機(jī)制接收了結(jié)果后，繼續(xù)促進(jìn)這個(gè)反應(yīng)，就是正反饋；反過(guò)來(lái)抑制這個(gè)反應(yīng)，就是負(fù)反饋）。世界上還沒(méi)有任何一個(gè)天才雜技演員可以蒙著眼睛使得木棒在自己手指上直立，因?yàn)闆](méi)有了負(fù)反饋。不信你可以試著閉著眼睛做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

    平衡車直立也是通過(guò)負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)的。但相對(duì)于上面的木棒直立相對(duì)簡(jiǎn)單。因?yàn)槠胶廛囉袃蓚�(gè)輪子著地，因此車體只會(huì)在輪子滾動(dòng)的方向上發(fā)生傾斜。通過(guò)內(nèi)置的精密陀螺儀、速度傳感器和重力傳感器等精密的傳感器，平衡車不停的監(jiān)測(cè)車體的姿態(tài)與速度變化，反饋給車載計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)基于運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型等算法，設(shè)計(jì)最優(yōu)化控制車輪轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)保證平衡車的穩(wěn)定，控制輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，抵消傾斜的趨勢(shì)便可以保持車體直立了。而正是由于算機(jī)用每秒鐘上萬(wàn)次的頻率控制兩個(gè)獨(dú)立的輪子，所以，平衡車遠(yuǎn)遠(yuǎn)比我們?nèi)嗽谑终粕县Q立木棒來(lái)的穩(wěn)定和舒適。

    簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，內(nèi)置的傳感器就是平衡車的眼睛，而動(dòng)力系統(tǒng)就是平衡車的手掌。有了這個(gè)火眼金睛“眼睛”和以毫秒計(jì)時(shí)“手掌”不斷的監(jiān)測(cè)和調(diào)整重心，它當(dāng)然就能保持穩(wěn)定站立的姿態(tài)了。

    目前國(guó)內(nèi)平衡車市場(chǎng)方興未艾，許多品牌都在推出新款雙輪平衡車和獨(dú)輪車。而在平衡車的技術(shù)上，也有了很大的突破。比如樂(lè)行天下的樂(lè)行平衡車在平衡算法上用矢量控制的原理讓平衡車更容易更精密達(dá)到平衡，而不會(huì)因外力失去平衡性。總之，平衡車的原理并不復(fù)雜，復(fù)雜的是內(nèi)部的控制系統(tǒng)，怎么讓平衡車的平衡性更好更穩(wěn)定，讓負(fù)反饋更靈敏才能保證平衡車的穩(wěn)定性！