谁能告诉我这辆是怎么控制平衡的?

【专家解说】：我就知道靠陀螺仪来控制平衡的。 具体请见: Segway Segway(港译摄位车)是一种电力驱动、具有自我平衡能力的个人用运输载具，是都市用交通工具的一种。由美国发明家狄恩·卡门(Dean Kamen)与他的DEKA研发公司(DEKA Research and Development Corp.)团队发明设计，并创立赛格威责任有限公司(Segway LLC.)，自2001年12月起将赛格威商业化量产销售。虽然曾经一度被认为是划时代的科技发明前景一片看好，但由于诸多现实因素所致，赛格威的产品并没有在上市后获得原本预期的回响。 2002年初, 美国发明家迪安·卡门将新发明的一种被称为将对未来人类旅游方式产生革命性影响的自动平衡单脚滑行设备----“Segway人类运输机”----公诸与众。 简介 由于赛格威是一种前所未见的崭新交通工具，因此很难用传统的分类方式定义它的种类。有人认为赛格威应该是一种双轮版的单轮车(Unicycle)，有人认为它应该是动力滑板车(Stand-up Scooter)的一种，但它是单轴双轮设计，与双轴双轮的传统滑板车有些不同。而在某些比较正式的场合(例如官方的道路法规)中，赛格威这种交通工具又被称作“电动个人辅助机动装置”(Electric Personal Assistive Mobility Device, EPAMD)，俗称电动代步车。 赛格威的产品名称“Segway”起源于英文单字“Segue”，意指“流畅平顺地走”，用来形容这种交通工具可以让人们骑著在都市里面毫无障碍地移动。 该自动平衡单脚滑行设备在未与公众见面之前一直被称为“活力产品(Ginger)”和“信息技术(It)”。卡门相信它有潜力缩短行程，代替汽车，改变城市观光前景。 首先，使用者要双脚站在由两个轮子支撑的平板上，抓牢类似自行车的手柄。然后学会如何前后移动滑行车，以及转动手柄来旋转方向。该车装有双轮，由陀螺仪操控，其宽度不超过普通成年人的肩宽，重为80磅，电池驱动。该车在操作时不需要刹车装置或者节流杆，当驾驶者身体前倾时，机车前进;当驾驶者身体直立时，机车停止。Segway运用动态平衡的原理，当身体移动时，动作中的重心会不断改变，并达到平衡。就如同人体站立前倾时会失去平衡，但人体天生的平衡器官会告知大脑这一情形，并由大脑下达移动脚步的指令以维持平衡。Segway用轮子取代了脚的功能，复制了人类高精密的平衡动作。Segway使用费用低廉，移动安静便利，其动力来源为两组镍氢充电电池，并配备有电子式充电系统，充满电平均的续航力在16公里以上。有人把它称作“塞格威人力运输单脚滑行车”，有人称作“Segway人类运输机”，一些美国人和媒体统一把它简称为Segway。 原理 赛格威的运作原理主要是建立在一种被称为“动态稳定”(Dynamic Stabilization)的基本原理上，也就是车辆本身的自动平衡能力。以内置的精密固态陀螺仪(Solid-State Gyroscopes)来判断车身所处的姿势状态，透过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令后，驱动马达来做到平衡的效果。假设我们以站在车上的驾驶人与车辆的总体重心纵轴作为参考线。当这条轴往前倾斜时，赛格威车身内的内置电动马达会产生往前的力量，一方面平衡人与车往前倾倒的扭矩，一方面产生让车辆前进的加速度，相反的，当陀螺仪发现驾驶人的重心往后倾时，也会产生向后的力量达到平衡效果。因此，驾驶人只要改变自己身体的角度往前或往后倾，赛格威就会根据倾斜的方向前进或后退，而速度则与驾驶人身体倾斜的程度呈正比。原则上，只要赛格威有正确打开电源且能保持足够运作的电力，车上的人就不用担心有倾倒跌落的可能，这与一般需要靠驾驶人自己进行平衡的滑板车等交通工具大大不同。 如果以第一款赛格威产品，赛格威随意车(Segway HT，HT是Human Transporter、人类运输器的缩写)为例，这辆车上装置了五个固态陀螺仪。事实上，车辆只需要三个陀螺仪就可以完全掌控车身的前后倾与侧倾程度，因此多出的两个陀螺仪其实是用来确保行车安全的备用装置。车辆的能量来源是两个镍氢(NiMH)充电电池，较后期的车款上也可以选配蓄电量更大的锂充电电池。除了前后倾修正与前进后退外，赛格威的转向可透过两种不同的方式达到，其中一种是如同大部分的脚踏车类或摩托车类交通工具一般，驾驶人在车辆持续前进(或者后退，这就是只有赛格威办得到的动作)的状态中将自己的身体重心往左右倾斜，利用自身重量所产生、与车身纵轴垂直的分量，作为转弯时的向心力而达到转向的目的。除此之外驾驶人也可以扭转赛格威的龙头(把手)部份，使车辆左右两个车轮产生转速差，例如当龙头向左转时，右轮的转速会比左轮快，达到向左转的效果。必要时，赛格威甚至可以做出一轮向前一轮向后的动作，达到原地转向的效果，因此大幅提升这种交通工具的机动性。因为这种高度的机动性，再加上玻璃纤维材料制成的车轮，其踏面面积其实不比人类的双脚大上多少，因此理论上赛格威可以到达得了人类所能走到的大部分地方，甚至包括路边的人行道或落差不会太大的阶梯(虽然部分地区的交通法规，禁止赛格威在这类地点行驶)。 历史 赛格威的诞生源起，最早是起因于迪恩·卡门的DEKA与美国大型医疗器材生产商娇生(Johnson & Johnson)的子公司独立科技(Independence Technology)所合作开发的一种自动平衡式动力轮椅--iBOT。卡门观察人类走路的姿势特性，领悟到其实人类之所以可以平稳地直立行走，是因为体内灵敏的平衡器官可以精确地判断出身体重心的改变量，透过小脑的即时反应，然后利用腿部的肌肉即时出力来平衡倾倒的态势。所以当人类的身体前倾时，这种不自主的反应会促使人类伸出其中的一只脚往前踩来平衡身体，所以透过这种前倾、往前踏脚、前倾、往前踏脚的动作循环，即构成了“步行”这种动作。因此卡门尝试使用精密的陀螺仪来代替人类的前庭与耳蜗等平衡器官，以电动马达与车轮代替人类的双脚，发展出所谓的“动态稳定”概念，并且由娇生获得这种技术在医疗领域商业销售的专利权，成立独立科技来销售iBOT。 有别于专门提供给残障或老弱人士使用、价位高昂的动力轮椅，卡门进一步想到，如果将一样的理念拿给行动正常的一般人使用未尝不可，于是开始有了赛格威的诞生概念。1999年7月27日卡门创立了雅克罗责任有限公司(Acros LLC.)，主旨是利用动态稳定技术来开发生产一种高效率、零污染的运输工具，并且开始开发新产品，计划代号叫作“姜”(Ginger)。 2001年2月，新的研发与制造厂在美国新罕布夏州贝福特(Bedford, New Hampshire)破土动工，并且在11月时将公司名称改为赛格威责任有限公司，在这段期间，关于这种跨时代崭新交通概念的消息早已传遍各界，但却鲜少有人知道细节。卡门在12月3日正式公开了赛格威随意车(Segway HT)的原型车，并且声称它是人类史上第一辆能够自主平衡(Self-Balancing)的运输工具。 第一辆赛格威的预产车是在2002年1月推出。2月15日时，该公司所在地新罕布夏州通过州法案，允许赛格威这种电动个人辅助机动装置(EPAMD)能在该州内的路旁人行道上行驶，而透过赛格威公司的到处游说，在2002年底之前，美国共有31个州通过立法，允许EPAMD能在人行道上使用。 第一辆实际量产的产品，一辆序列编号022111000001的Segway HT i167正式出厂，而这辆具有纪念价值的量产车，当然很自然地变为狄恩·卡门个人的收藏。如同产品在工业概念上的创新，赛格威在销售上也采取很另类的作法，他们选择了美国的网络书店--亚马逊书店(Amazon.com)--作为他们第一个经销商，并且在亚马逊网站上开放前三辆量产随意车的竞标，以便筹措资金设立一个名为“科技启发与确认”(For Inspiration and Recognition of Science and Technology，FIRST)的非营利基金会，鼓励更多人投入创造发明的行列。最后，Segway HT的一号、二号与三号车分别以160,100美元、104,100美元与100,600美元的高价卖出。 2002年4月23日，佐治亚州的亚特兰大市政府向赛格威采购了一批新车，使得该市成为这种新运具的第一个官方使用单位，之后陆续又有许多不同等级的官方单位跟进。而2002年11月18日时，赛格威正式在亚马逊网站上进行预购活动，开始实际量产销售给一般的民众。 2003年1月16日，一家法国的私人运输公司凯欧利(Keolis)与赛格威公司签署协议，要在法国发展利用赛格威便利车作为大众运输工具的计划。除了在法国各地的火车站、机场设置赛格威的出租服务点外，也包含了一个名为“氧气站”(Station Oxygène)的创新计划，这个计划预计在全法国各大城市建立一个赛格威便利车与其他零污染交通工具的出租网络，让旅客可以用甲地租车乙地还车、只以计时定价的方式租赁适当的交通工具，来降低人员运输在都市地区所造成的空气污染问题，这也是赛格威第一次销售到美国之外的其他国家。该公司的计划已经在2003年中时实现，第戎(Dijon)的市观光办公室是其第一个客户，开始提供到当地游玩的旅客赛格威车作为市区游览的工具。除此之外，在巴黎的香榭丽舍大道(Champs-Elysées)、拉德芳斯(La Défense)等行人徒步区内，也可以租到赛格威车作为徒步之外的另外一种替代。 2003年2月，隶属美国国防部的国防先进研究计划署(Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA)与赛格威签约，将15架赛格威便利车改装成机器人移动平台(Robotic Mobility Platforms，RMP)，让各相关研究机构作为一种稳定、低廉的机器人系统发展平台。不久之后，隶属美国海军、位于加州圣地牙哥的空海作战系统司令部(Space and Naval Warfare Systems Command，SPAWAR)也跟进采购了14架RMP，并且配布给各政府与大学研究单位，作为机器人研究计划的载台，是赛格威实际应用于军事与科技发展上的衍生案例。 2003年10月29日，赛格威与美国大型家庭用品通路商布鲁克史东(Brookstone)达成协议，成为赛格威第一个全国性的实体销售网，期望以实际展示让潜在消费者试期的方式，拯救赛格威在上市初期，只透过网络邮购的虚拟销售方式而局限住的推广状态(赛格威原本预计新车在开始上市后的头一年之内应可达到5到10万辆的销售，但结果是他们在21个月内只卖出6000辆新车)。 2004年10月11日，赛格威发表了一辆名为“半人马号”(Segway Concept Centaur)的四轮版概念车，是第一辆四轮的赛格威车。 2004年11月16日，一个名为“时速10英里的美国”(America at 10 m.p.h.)、由爱好者组成的车队以全程骑乘赛格威的方式，完成了从西雅图到波士顿、横贯美洲大陆的尝试。 2005年3月1日，赛格威一口气发表了三种新款的衍生车型，其中包括了赛格威越野车(Cross-Terrain，XT)与高尔夫球车(Golf Transporter，GT)的特殊用途版本。 产品系列 依照功能划分，赛格威目前共拥有三个主要产品系列HT、XT与GT，但其中最早登场的Segway HT又依照需求差异，还更细分为多种尺码、输出与用途不同的系列。 Segway HT i系列:标准型的赛格威随意车，拥有20公里/小时左右的最高车速，新一代的版本已经可以选配储电力较高的锂电池，使得续航力提升到38.6公里的水准。 p系列:轻型的赛格威随意车，虽然输出较i系列小，但是车身尺码更精简重量更轻，它除了可以在较狭窄的环境中顺利操作外，因为体积小，可以放进大部分车辆的行李厢中四处携带。 e系列:高负荷型的赛格威随意车，不只荷重更强，车身上还设计有额外的置物盒。专属的电子式停车脚架可以让车子在没人骑乘操作时，仍然保持站立的姿势。 Segway XT:越野型的赛格威车，除了输出动力比HT强速度更快外，还配备粗犷的越野车胎可以应付各种不平地面。不过它相对的有种缺点，就是不能在像是人行道这般的平坦场合使用。 Segway GT:高尔夫球场用的赛格威车，有较长的续航力、较高的车底距地高还有附加一个高尔夫球袋挂架，强调跟传统的电动高尔夫球车一样环保，但更灵活。 Segway Concept Centaur:“半人马”是赛格威在2004年时推出的双人座四轮版概念车，外观上它非常像是一辆传统的沙滩车(All-Terrain Vehicle，ATV)，且的确拥有可以媲美一般沙滩车的越野能力，与比一般的赛格威快很多的车速(接近40公里/小时)，但是它仍然保持了赛格威车绝对不可少的动态稳定功能，因此很轻易地就可以做出前轮离地、只靠后轮著地站立的平衡姿势，还可以保持这姿态进行原地旋转或加速前进、后退，与爬上落差很大的台阶之类普通ATV做不到的高级动作。赛格威半人马是一辆总体表现很令人期待的崭新交通工具，它唯一的缺点大概就是赛格威并没有实际将它量产的打算，一般消费者只能望车兴叹。 Segway RMP:赛格威的机器人移动平台原本是为了美国军方的需要而开发出来的，但后来也开始提供商业用途的客户采购作为进一步发展成其他机械产品的基础平台。 推广困难 虽然早在赛格威随意车实际上市之前，无论是产业界、学术界还是金融投资界，都对其寄予厚望，认为这是一种划时代、可以改变人类运输方式的伟大创意，但实际上历经几年的实际观察之后，人们却发现赛格威并没有如预期般受到消费者注意，事实上，甚至连摊平当初的研发投资都还有困难。 赛格威在推广上的困难点，主要集中在价格与法规问题上。首先，由于大量使用最先进的科技来制造随意车，每辆新车的价值都颇为高昂。纵使是最入门的p系列，售价也高达4,000美元上下(参见亚马逊赛格威网络卖店，至于台湾地区引进的赛格威p系列，则定价为18万新台币，相当于3辆125cc.等级速克达摩托车的价格，更别说价格只有摩托车一半的电动脚踏车)，因此如果量产技术没有有所突破进一步降低制造成本，那么短时间之内，赛格威仍然只能保持它高收入阶层消费者才使用得起的尴尬定位。 赛格威旅程再来就是，像赛格威这种过去在道路法规中从未存在过的新产品，到底应该分类在哪种等级的交通工具里面，各地区皆有不同的认知。在美国，赛格威原本被归类为动力脚踏车类的低输出动力车辆，因此必须行使于标准的慢车道上，而无法普遍用于它原本开发时所锁定的主要使用环境--人行道。为此，赛格威公司花费了非常多的力量在游说美国各州乃至于世界各国的主管机构，终于顺利地让赛格威可以行驶的范围扩展到当初的预期，但也相对延迟了新产品概念的推广。 但是与美国的情况相反的，在部分地区例如台湾，是以机动车辆是否领有牌照来决定能不能行驶于道路上，赛格威因为不属于任何等级的动力车辆，因此无法合法上路。为了解决这问题，在2005年7月施行新的车辆分级制以小型轻型机车来包括所有电动代步车，但届时挂了牌后可以行驶到车道上的赛格威是否因此失去了在人行道上移动的资格呢?这可能是造成推广新运具最大的困扰之一。 赛格威在推广上最后一个问题点，就是以一种前所未见的崭新科技来说，从没实际见过它的人，根本完全无法料想到世间有这种事物的存在--纵使他们其实真的有需求，是赛格威的潜在客户。因此在赛格威开始销售的前几年，实际购买其产品的大都是消息灵通、对新事物有非高度敏锐性爱尝鲜的买主。曾经有一项针对车主的追踪调查显示，大部分购买赛格威的私人买家，其实都是把它用于娱乐用途，实际上拿来通勤或作为其他运输行为的人反而有限，这点与当初开发它的时后希望它能够成为新运具的诉求，是互相冲突的。而且，娱乐性质的买家在一段时间之后就会失去对产品的兴趣、市场很容易饱和，只有建立它的使用成为一种特定的运具模式，才有可能确保此类产品日后的稳定消费。为了解决这问题，赛格威才会选择与大型生活百货通路合作，与在各地举办现场现场试用活动来让消费者意识到此种新交通工具的存在。如同许多新型能源或交通概念产品，例如替代能源车、混和动力车之类的，基于政策考量，政府机关往往是这类新技术的最大用户，但却只能提供有限的消费力，而目前赛格威也限于类似的困境之中，需要更多时间与力气去扭转。