便携式代步电动车国内外研究现状(2)
2007年，美国麻省理工学院工学院的几名学生设计制造的一台两轮自平衡代步车。中心采用的PIC单片机，主程序采样频率达到100HZ，使用惯性元件陀螺仪和加速度计等传感器，如图1。4所示[[[] 梁文宇,周惠兴,曹荣敏,赵凯,蒋利兵,文华强。 双轮载人自平衡控制系统研究综述[J]。 控制工程,2010,S2:139-144+190。]]。
图1。4。DIY Segway
在欧洲，电动代步电动车研究起步最早的是法国，综合考虑代步车的速度、制动能力、加速能力、动力学稳定性和碰撞损伤，法国把电动车分为A、B、C三类[[[] 陈清泉。 电动车的现状和趋势[J]。 机械制造与自动化,2003,01:1-4+19。]]。A类适宜在室内使用，B类车在室内室外都可以使用，C类仅可以在室外使用。现在法国最新的电动代步车采用电机直接驱动，使得操作更加灵活，并减轻了整车的质量。现在许多代步车运用了支撑可调装置在车身的设计上，使得车身在长度、宽度、高度上都是可调的，大多数也可以折叠，使得代步车的存放和携带变得简单。
2 国内对电动代步车的研究
在所有研制的代步电动车中，国外的车占了绝大部分；国内主要还处在理论研究阶段，虽然国内对电动代步车的研究起步较晚,但也取得令人瞩目的成就。
（1）Free Mover
中国科学技术大学屠动武、张培仁等于2004年研制出了类似那样的两轮自平衡车,取名为Free Mover,意思是来去自由,并申请了专利[[[] 刘学超。 两轮自平衡小车的设计与变结构控制研究[D]。 西安电子科技大学,2008。 ]]。该小车的设计目的是提供一种新型的可靠、便捷且环保的短途代步工具。
图1。5 中国科学技术大学发明的两轮自平衡车（左一站立式右一座椅式）
Free Mover没有刹车设备,其结构(见图1。5),采用了类似外转子轮毅电机驱动模式,在盖板和底座构成的空腔里左右安装蓄电池。行驶过程中, 车子的姿态前俯或后仰由角度传感器监测,由速度传感器监测车轮转动速度即行驶速度,二者将测得的信号都送往控制电路板,然后由内嵌的程序进行计算,最后通过驱动电路板来控制电机做出适当的调整[[[] Michael Shawn Abbott。Kinematics,Dynamics and Control of Single-Axle, Two-Wheel Vehicles(Biplanar Bicycles) [D]。 Mechanical Engineering of Virginia Polytechnic Institute and State University。2000]]。
（2）双轮动态平衡车
2007年上海交通大学年研制出了一辆双轮动态平衡车，也叫双动态平衡机器人。该车由机械系统和控制系统两部分组成。其中机械系统部分包括：底盘、两轮、高速转子、本体、减速机构、框架等。这些部件负责实现机器人的承载硬件电路、机构功能、搭建工作平台；控制系统部分包括：电机、传感器、驱动器、电池、电源转换电路以及DSP控制板等。
双动态平衡车有一个自转的高速转子，如图1。6所示。此转子为车提供足够大的转动惯量，自平衡车结合特定的运动组合对高速自转的转子作强迫运动并因此获得陀螺力矩，当螺旋力矩足以克服重力力矩时，动态平衡车便可以在没有外界帮助的情况下直立行走 [[[] 马林。 双轮载人自平衡电动车驱动控制系统研究[D]。 辽宁工业大学,2015。]]。
图1。6 车体的高速转子
（3）电动轮椅
目前国内电动轮椅的移动方式包括履带式腿式，而轮式是应用最广泛的移动方式，轮式移动系统的特点是承载力强，运动效率高，对于大多数的环境其机械结构均能满足，同时行动灵活性也很高，其控制也相对简单便捷。
天津科技大学的任仪等人设计了一款立卧两用电动轮椅[[[] 任怡。 智能轮椅结构设计与研究[D]。 天津科技大学,2009。]]。其机械结构的设计是依据坐姿对人体的影响而设计的，并对其机械结构进行了动力学分析和研究。这款电动轮椅釆用六轮结构的轮椅，在起身站立时，通过前轮的切换来实现重心的调整。轮椅的各部分结构均是参照人体工程学来设计的，并使用软件进行了分析。