【導(dǎo)讀】近幾年街頭上出現(xiàn)好多種形形色色的電動(dòng)平衡車(chē)，有獨(dú)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)。想必很多人都對(duì)電動(dòng)平衡車(chē)非常好奇，那么今天我就以Ninebot 九號(hào)為例，做一次深度拆解剖析，讓您對(duì)電動(dòng)平衡車(chē)的結(jié)構(gòu)及原理有個(gè)徹底了解。
兩輪平衡車(chē)的原理框架圖如下：
小車(chē)的整體組成有如下部分構(gòu)成：
小車(chē)構(gòu)成的電路框架如下：
主要分：傳感器模塊，核心控制模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，其中傳感器模塊主要由加速度計(jì)和陀螺儀兩個(gè)部件組成。
整個(gè)工作機(jī)理如下：
下面來(lái)拆解一款電動(dòng)平衡車(chē)，相信大家就對(duì)它的原理一目了然了！
Ninebot 九號(hào)電動(dòng)平衡車(chē)詳細(xì)拆解分析如下：
Ninebot 九號(hào) T型 自平衡電動(dòng)車(chē)的電池容量為670Wh，一次充滿(mǎn)電后，可行駛35 - 40Km。而E型自平衡電動(dòng)車(chē)的電池容量為450Wh，一次充滿(mǎn)電后，可行駛20 - 30Km。在實(shí)際行駛中，E型 自平衡電動(dòng)車(chē)的電池可供大部分用戶(hù)連續(xù)行駛25Km以上。
目前在自平衡電動(dòng)車(chē)行業(yè)里，除了Segway之外，只有Ninebot 九號(hào)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)里用的是橡膠。選用橡膠材質(zhì)的優(yōu)勢(shì)在于，使得Ninebot 九號(hào)的轉(zhuǎn)向手感很好，并具有良好的柔性，而且使用壽命很長(zhǎng)，正常情況下可以使用100萬(wàn)次。若使用彈簧的話(huà)，就容易老化，而且在轉(zhuǎn)向的時(shí)候會(huì)嘎啦嘎啦作響，影響手感。
Ninebot 九號(hào)T型自平衡電動(dòng)車(chē)，采用的是鎂合金的機(jī)殼，與其他自平衡電動(dòng)車(chē)相比，鎂合金材質(zhì)會(huì)更輕。在騎行自平衡電動(dòng)車(chē)的時(shí)候，電機(jī)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，通過(guò)鎂合金機(jī)殼來(lái)散熱，效果更佳。同時(shí)在Ninebot 九號(hào)車(chē)體的前側(cè)下部還設(shè)計(jì)有散熱用的導(dǎo)風(fēng)槽，當(dāng)駕駛時(shí)，氣流會(huì)通過(guò)導(dǎo)風(fēng)槽帶走鎂合金機(jī)體上的熱量。
Ninebot九號(hào)的主控板，相當(dāng)于整輛車(chē)的大腦部分，也是其最核心的部位，起到平衡控制及決策車(chē)的作用。采用兩塊并行工作的32位處理器芯片，主要負(fù)責(zé)管控兩個(gè)陀螺儀，這兩塊處理器芯片的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合矯正，當(dāng)一個(gè)處理器芯片出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，另一個(gè)處理器芯片可以接替它的工作，兩者起到互相備份的作用，可謂是雙保險(xiǎn)設(shè)計(jì)。
主控板主要接收來(lái)自陀螺儀傳輸?shù)慕嵌群臀恢眯盘?hào)，依據(jù)這兩個(gè)信號(hào)來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)然整個(gè)電機(jī)也不是僅僅只靠一塊主控板來(lái)控制。
在主控板下方，并排排列著兩塊面積比較大的驅(qū)動(dòng)板。其專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)為：伺服控制器。驅(qū)動(dòng)板1負(fù)責(zé)兩塊電機(jī)的一套繞組，驅(qū)動(dòng)板2負(fù)責(zé)兩塊電機(jī)的另一套繞組。假如其中一套繞組失效，那么另一套繞組可以繼續(xù)使用；若其中一塊驅(qū)動(dòng)板崩潰掉，那么另一塊驅(qū)動(dòng)板照樣可以負(fù)責(zé)兩塊電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。這是一種互相備份的設(shè)計(jì)，它能夠有效增強(qiáng)自平衡電動(dòng)車(chē)的安全性，并降低事故率的發(fā)生，并不是每一種自平衡電動(dòng)車(chē)?yán)锒紩?huì)有。
值得一提的是，這種設(shè)計(jì)還帶來(lái)一個(gè)好處，就是兩塊驅(qū)動(dòng)板可以在短時(shí)間內(nèi)并聯(lián)工作，相當(dāng)于在短時(shí)間內(nèi)增大了一倍的輸出功率。這種技術(shù)對(duì)于騎著平衡車(chē)過(guò)障礙、激烈加速等場(chǎng)合時(shí)的安全性很有幫助，也大大提高了車(chē)子的加速性能和操控性，類(lèi)似于汽車(chē)的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)。這也是Ninebot T型這個(gè)型號(hào)名稱(chēng)的來(lái)源。（T=Turbo，渦輪增壓）
在兩塊驅(qū)動(dòng)板的下方，是一塊很小的電源板，它主要是接駁自平衡電動(dòng)車(chē)的電池，可以起到最基本的電源保護(hù)和電源管理作用。板子上有10個(gè)接頭，直接插到電池里，正極、負(fù)極各兩個(gè)，因?yàn)橛袃山M獨(dú)立工作的電池。另外，通過(guò)電池里的溫度傳感器、電量計(jì)等芯片，依靠?jī)蛇叺慕宇^可以將電池的使用壽命及次數(shù)等信息傳輸給主控板。
在車(chē)上還有四個(gè)腳踏傳感器，它可以準(zhǔn)確的檢測(cè)到人腳是不是站在車(chē)上，專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)為：光電開(kāi)關(guān)。它屬于非接觸式傳感器，壽命可做到無(wú)限長(zhǎng)。為什么要設(shè)置四個(gè)呢？就是要做到無(wú)論人的腳踩在踏板的任何地方，車(chē)都會(huì)感應(yīng)到，從而降低速度，調(diào)整平衡，以便提高整輛車(chē)的安全性能。對(duì)于自平衡電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，光電開(kāi)關(guān)是至關(guān)重要的。并且，四個(gè)光電開(kāi)關(guān)中，任意一個(gè)如果損壞的話(huà)，車(chē)子也不會(huì)立即失控，其余三個(gè)光電開(kāi)關(guān)會(huì)讓駕駛者繼續(xù)行駛，同時(shí)車(chē)子的主控電腦會(huì)感應(yīng)到故障，并告知用戶(hù)需要檢修。
在主控板的頂部，也就是轉(zhuǎn)向軸里，有一小塊電路板，被稱(chēng)作是轉(zhuǎn)向傳感器，它屬于非接觸式角度傳感器。內(nèi)置兩個(gè)傳感器用來(lái)互相矯正，這塊不是起到互相備份作用，而主要是起到互相矯正的作用。當(dāng)人手去轉(zhuǎn)動(dòng)手把桿的時(shí)候，轉(zhuǎn)向角度傳感器就會(huì)把信號(hào)傳輸給主控板，從而來(lái)控制整輛車(chē)的行駛方向。
為什么要采用非接觸式傳感器呢？這是因?yàn)樗氖褂脡勖荛L(zhǎng)，接近于無(wú)窮大，它不會(huì)有接觸式的磨損。部分其他品牌的自平衡電動(dòng)車(chē)，可能會(huì)采用電位器，也就是可變電阻，它的壽命大概在幾萬(wàn)轉(zhuǎn)左右，到達(dá)使用壽命后，就會(huì)報(bào)廢失靈。若車(chē)輛在行駛過(guò)程中，就可能會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng)或突然轉(zhuǎn)向的情況，非常危險(xiǎn)。
Ninebot 九號(hào)內(nèi)置雙電機(jī)設(shè)計(jì)，每個(gè)電機(jī)上都涂有導(dǎo)熱硅脂，通過(guò)導(dǎo)熱硅脂將電機(jī)與鎂合金機(jī)殼融合在一起，以便達(dá)到良好的散熱效果。
最后再來(lái)說(shuō)說(shuō)關(guān)于自平衡電動(dòng)車(chē)的電機(jī)。上圖中黑色電機(jī)是雙繞阻電機(jī)，相當(dāng)于汽車(chē)?yán)锏?.0T發(fā)動(dòng)機(jī)，銀色電機(jī)是單繞阻電機(jī)，相當(dāng)于汽車(chē)?yán)锏?.5自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)。銀色電機(jī)最大功率為1.35KW，而黑色電機(jī)最大功率為1.75KW，相比之下，黑色電機(jī)體積更小，重量也更輕，平時(shí)它可以以半功率運(yùn)行，需要的時(shí)候可以滿(mǎn)功率運(yùn)行，也算是一種節(jié)能省電設(shè)計(jì)。在Ninebot 九號(hào)T型自平衡電動(dòng)車(chē)?yán)锎钶d的就是黑色電機(jī)，它在重量降低的前提下，反而提升了功率輸出，并具備雙保險(xiǎn)的安全性。在半功率運(yùn)行的情況下，它又非常省電。這樣的設(shè)計(jì)也使得Ninebot 九號(hào)兼顧了續(xù)航性能和瞬間的動(dòng)力輸出。
綜上，雖然電動(dòng)平衡車(chē)內(nèi)部結(jié)構(gòu)確實(shí)比較復(fù)雜，但其原理很簡(jiǎn)單，就是依靠電池提供動(dòng)力，可自主保持平衡的電動(dòng)車(chē)。電動(dòng)平衡車(chē)僅適于短途代步及日常娛樂(lè)，初次駕駛者一定要注意安全。
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