SEGlife във Fleesensee
Принцип на работа
Когато Дийн Камен представи Segway Personal Transporter (PT) в предаването на ABC "Добро утро Америка", той описа устройството като "първото самобалансиращо се транспортно средство за хора в света". Ако погледнете устройството в движение, разбирате какво има предвид. За разлика от автомобила, Segway има само две колела. Особеното в него: той е в състояние да стои изправен независимо.
За да се качите на Segway PT напред или назад за да се движи, водачът се навежда леко напред или назад. За след ляво или дясно За да управлява, водачът просто премества LeanSteer Кормилото ляво или дясно.
Как работи динамичната стабилизация
Способността да поддържате баланс независимо е най-очарователното качество на Segway PT и е ключът към неговата работа. За да разберете как работи тази система, е полезно да разгледате модела на Камен за устройството - човешкото тяло.
Ако станете и се наведете толкова далеч, че да загубите равновесие, обикновено няма да паднете по лицето си. Мозъкът знае, че сте извън равновесие, защото течността във вътрешното ви ухо се е преместила. Така че ви кара да движите крака си напред, за да избегнете падане. Докато се навеждате напред, мозъкът ще продължи да движи краката ви напред. Вместо да паднете, вие вървите напред, стъпка по стъпка.
Segway PT прави почти същото нещо, освен че има колела вместо крака, двигател вместо мускули, колекция от микропроцесори вместо мозък и група усъвършенствани сензори за баланс вместо усещането за баланс във вътрешното ухо. Подобно на нашия мозък, Segway PT знае кога да се наведе напред. За да поддържа баланс, той завърта колелата с точно правилната скорост и вие се придвижвате напред. Segway нарича това поведение "Динамична стабилизация"и е патентовал този уникален процес, който позволява на Segway PT да балансира само на две колела.
Мозъкът и мускулите
PT Segway се състои от такъв интелигентна мрежа от сензори, механични компоненти, задвижваща система и системи за управление. В момента, в който стъпите на устройството, пет сензора за жироскоп и два сензора за ускорение започват да анализират терена и положението на тялото ви 100 пъти в секунда.
PT Segway използват специален полупроводников ъглов сензор. Този тип сензор за жироскоп оценява въртенето на обект в много малък мащаб, като взема предвид ефекта на Кориолис.
Силата на Кориолис описва ефекта, че движещите се тела се отклоняват във въртяща се референтна система от гледна точка на съвместно въртящ се наблюдател. Например, ако наблюдавате самолет, който изглежда лети по права линия, тази линия изглежда извита, защото земята се движи отдолу.
PT Segway има пет Жироскопни сензори, въпреки че ще му трябват само три, за да получи Изместване на теглото Измерете напред и назад (наречен "стъпка"), изместване на тежестта наляво и надясно (наречено "преобръщане") и кормилно управление наляво или надясно (наречено "наклон"). Допълнителните сензори се използват за резервиране, за да направят продукта още по-надежден. Информацията за изместването на теглото на водача и неговите движения на кормилното управление се препраща към "мозъка" на Segway PT заедно с информацията от допълнителни сензори за ъгъл на наклон.
Мозъкът се състои от две излишни електронни платки, всяка снабдена с група микропроцесори. Батериите и намотките на двигателя също се дублират. Те работят заедно и споделят натоварването, необходимо за устройството. PT Segway има и няколко допълнителни микропроцесора. Превозното средство се нуждае от толкова голям изчислителен капацитет, защото трябва да направи точни изчисления във възможно най-кратки срокове, за да предотврати преобръщането му. Ако платка се провали по време на движение (или свързаната с нея батерия, намотки на двигателя или окабеляване), другата половина поема всички функции. Системата информира водача за грешката и може да бъде деактивирана по контролиран начин.
Микропроцесорите се използват от усъвършенстван софтуер, който управлява автомобила. Тази програма следи цялата информация, постъпваща от жироскопните сензори, и съответно регулира скоростта на електрическите двигатели. Електродвигателите, които се захранват от две акумулаторни литиево-йонни батерии, могат да движат всяко колело независимо при различни скорости.
Когато превозното средство е наведено напред, двигателите преместват двете колела напред, за да не се преобърнат. Когато автомобилът е наклонен назад, двигателите движат двете колела назад. Когато водачът завърти кормилото на LeanSteer, за да се обърне наляво или надясно, двигателите се движат с едно колело по-бързо от другото или движат колелата в противоположни посоки, за да накара автомобилът да се завърти. По време на шофиране Segway PT насочва точно правилния радиус на кривата, което е необходимо за поддържане на баланс, като се вземат предвид центробежните сили.
Технологии и компоненти
SEGWAY съдържа десетки отделни части, които са внимателно проектирани, произведени и тествани за съвместна работа в синхронен блок. Компонентите на SEGWAY HT, описани по-долу, включват управляващи вериги, сензори за баланс, двигатели, зъбни колела, гуми, колела и батерии.
Блок за управление
Две сложни контролни платки от Delphi Electronics осигуряват както мозъка, така и мускулите за системата. Delphi Electronics беше избрана за партньор въз основа на техния опит в масовото производство на висококачествена автомобилна електроника за приложения, толкова взискателни, колкото въздушните възглавници.
Всяка контролна платка е снабдена с процесор за сигнали Texas Instruments, който наблюдава цялата система SEGWAY HT и проверява 100 пъти в секунда за грешки или други състояния, които изискват незабавна реакция. Чете информацията от сензорите за баланс (BSA), за да определи дали водачът се навежда напред или назад. Тази информация незабавно кара енергията от батериите да бъде насочена към двигателите чрез набор от 12 "високоенергийни полеви транзистори с висок ток" (FET). Тези изчисления се извършват сто пъти в секунда и двигателите се настройват до хиляда пъти в секунда - време за реакция, което е много по-голямо от човешкото възприятие. Въпреки че всяка контролна платка може напълно да контролира SEGWAY HT, ако другата платка се повреди (всяка платка е свързана към електрическата верига на двата двигателя), изчислителната мощност се споделя при нормални работни условия.
Сензори за баланс
Мрежата от сензори за баланс (BSA), произведена от Silicon Sensing Systems, е елегантно конструирано, изключително здраво, но изключително чувствително устройство.
Този малък куб, дълъг около 3 инча, съдържа пет фиксирани пръстенови вибрационни транспортиращи сензора (жироскопи), които използват ефекта на Кориолис за измерване на скоростите на въртене. Тези малки пръстени са направени да вибрират електромеханично. При тяхното завъртане се генерира малка сила, която може да бъде измерена от вътрешната сензорна електроника.
Всеки жироскоп е прикрепен под свой ъгъл, което позволява да се измерват различни посоки на движение. Бордовите компютри на SEGWAY непрекъснато сравняват информацията от всичките пет жироскопа, за да решат дали един от петте сензора предоставя неверни данни. Ако случаят е такъв, данните от останалите сензори ще се използват, докато не се извърши контролирано безопасно изключване.
Два сензора за наклон, които са пълни с електролитна течност, предоставят информация за гравитацията - по същия начин, както вътрешното ни ухо работи с нашето чувство за баланс. BSA се наблюдава от два независими микропроцесора и е разделен на две независими половини поради съкращения. Дори комуникацията между половинките е оптична, за да се предотврати разпространението на електрически повреди от едната страна към другата.
Двигатели
Двигателите SEGWAY HT са уникални в много отношения. Произведени от Pacific Scientific, подразделение на Danaher, те са най-мощните двигатели в техния клас и размери, които някога са влизали в масово производство. Всеки двигател предлага непрекъсната мощност от 1,5 KW - това е 2 к.с.!
Двигателите използват безчеткова серво технология, което означава, че няма контакти, които биха могли да се износят и да намалят производителността. Магнитите са изработени от много мощен рядкоземен метал: неодим-желязо-бор. Всеки двигател е снабден с две независими намотки, всяка от които се управлява от собствена контролна платка. При нормални работни условия и двете намотки работят паралелно и споделят товара. В случай на повреда двигателят е в състояние незабавно да деактивира дефектната страна и да използва останалите намотки, за да поддържа контрола на SEGWAY HT, докато не бъде спрян. Двигателят е внимателно настроен за мощност до 8 000 оборота в минута, което позволява много високи нива на мощност в малък пакет. Излишните, безконтактни аналогови сензори дават обратна връзка от двигателя към SEGWAY HT чрез измерване на положението на магнитите. Оста на двигателя е единствената движеща се част.
предаване
Гуми и колела
Michelin беше един от първите партньори в разработването на SEGWAY HT. Гумите на SEGWAY HT са специално разработени за този продукт, като се използва уникално съединение за гуми (смес от силициев диоксид вместо традиционно използваните материали на въглеродна основа). Това предлага повишено задържане и минимизира образуването на следи, особено на вътрешни повърхности. Гумите са безкамерни и изискват само ниско вътрешно налягане в гумите. Тази специална разработка повишава комфорта при шофиране и минимизира устойчивостта на триене.
Гумата е монтирана на също толкова уникално колело: колелото е направено от усъвършенствана инженерна термопластика, избрана в сътрудничество с GE Plastics. Композитният материал позволява ниско тегло, отлична издръжливост и намалява шума от задвижващата система. Колелото е отлято около кована стоманена рамка без използването на крепежни елементи, които могат да се разхлабят с времето. Окачването между тази рамка и предавателното отношение е направено от патентована шестоъгълна конусна система. По този начин колелото може да бъде монтирано или свалено с една гайка, но въпреки това има сигурността на системата с множество болтове, често използвана в конвенционалните приложения.
Батерии
SEGWAY HT използва две 72-волтови NiMH батерии, разработени в сътрудничество със SAFT (подизпълнител на Alcatel). Тези хибридни клетки никел-метал осигуряват възможно най-високите енергийни характеристики според наличната днес химия. Те са оптимизирани, за да поддържат SEGWAY HT балансиран в най-екстремните условия. Това не са обикновени батерии за мобилни телефони!
Всяка батерия се състои от мрежа от високопроизводителни клетки и специално разработена контролна платка, която постоянно следи температурата и напрежението на батерията в различни точки. Този компонент е включен в друго еднократно приложение от GE Thermoplastics. Кутията на батерията е запечатана чрез метод на вибрационно заваряване, който образува единична, непрекъсната структура от външната страна на композита. Уплътнението предпазва от влага и е толкова здраво, че е издържало на всички екстремни тестове, за които нашите техници са се сетили без проблеми.
Електрониката, интегрирана в батерията, позволява „интелигентно“ зареждане. Собственикът трябва само да включи SEGWAY HT в контакт и батерията автоматично избира подходящата скорост на зареждане въз основа на температура, напрежение и ниво на зареждане. Батериите се зареждат бързо и след това преминават в режим на баланс и поддръжка. Собственикът на SEGWAY HT не трябва да се притеснява за времето - просто го включете и останалото се извършва автоматично.
При нормални работни условия SEGWAY HT внимателно следи и двете батерии и разрежда батериите равномерно. В малко вероятния случай на повреда на батерията, системата може да работи и с една батерия и ще поддържа равновесие, докато бъде спряна безопасно.
Какво е усещането
Карането на Segway PT не може да се сравни с никое друго преживяване, тъй като нищо подобно не е правено досега. Пристъпете и инстинктите ви ще ви подскажат как да поддържате равновесие, точно както всяко друго редовно транспортно средство на две колела. Почти моментално ще забележите, че Segway балансира за вас, сякаш е продължение на тялото ви. Наведете се малко напред и ще видите, че Segway PT не ви транспортира сам, а отговаря на вас и вашите инструкции.
Спомняте ли си сънища, в които се чувствахте като летящи? Чувствате свобода, спокойствие и увереност. Усещате, че земята се движи под вас, но не я докосвате. Плъзгат се по него. Усещате сила и бързина, чувствате сигурност и пълен контрол. Всичко се чувства естествено, безопасно и инстинктивно. Това е усещането за шофиране на Segway PT.
Ето какво казаха хората, които са карали Segway PT за неговите интуитивни и плъзгащи свойства:
"Моята преценка е, че Segway HT е много забавно да се кара. Той е безопасен, стабилен и впечатляващо приложение на цифрови технологии. Лесно е да се научиш да караш и в много отношения просто фантастичен."
Уолт Мосберг, Wall Street Journal
"Шофирането на Segway е толкова интуитивно, че се чувства сякаш по някакъв начин е свързано с централната нервна система."
Списание Fortune
"Segway е невероятно стабилен, независимо дали е неподвижен или шофира."
Дан Бриклин, съавтор на VisiCalc, първата електронна електронна таблица