兩輪體感車是怎麼“站”起來的？

來源：酷知科普網 2.58W

自《辣媽正傳》熱播之後，以樂行體感車為代表兩輪體感車真正的進入了大眾的生活，不少人看到這種兩個輪子直立行走的小車之後，未免有點懷疑，這傢伙是怎麼站起來的，兩個輪子不是會倒嗎？這樣會不會不安全？今天我就給大家科普一下這個體感車是怎麼保持平衡的。

有一種兩輪車就會出現這樣的情況……

看，自行車就是這樣站起來的！它有三個點支撐！！！

所以，我們看到，一個物體要保持直立的平衡狀態，至少要三個支點才能保持平衡，當物體跟地面接觸點少於三個，重心不穩定，就可能受地球引力作用而朝某個方向倒下。當這個自行車獨自“站”起來的時候，它有三個支點，所以，它就是一個靜態的平衡體。

專家來解釋下：如果物體能夠不斷地自動調整自己的重心，讓物體不斷獲得平衡，就能一直維持當前姿態。這就是另一種平衡姿態：動態平衡。兩輪體感車就是一種兩個支點的動態平衡體。

我們先來看看一個雜技表演。

我們可以自己做個實驗，通過簡單練習就可以讓一個直木棒在手指尖上保持直立，大家很容易可以做到，或者說至少能維持一定時間。但是在這個實驗的過程中，大家有沒有發現，這需要兩個條件：一個是託著木棒的手掌可以移動；另一個是眼睛可以觀察到木棒的傾斜角度和傾斜趨勢（角加速度）。通過手掌移動抵消木棒的傾斜角度和趨勢，從而保持木棒的直立。這兩個條件缺一不可，這實際上就是控制中的負反饋機制（對於一個反應的結果，機制接收了結果後，繼續促進這個反應，就是正反饋；反過來抑制這個反應，就是負反饋）。世界上還沒有任何一個天才雜技演員可以蒙著眼睛使得木棒在自己手指上直立，因為沒有了負反饋。

不信你可以試著閉著眼睛做這個實驗（有小夥伴是摔壞過幾只筆的！！）

體感車直立也是通過負反饋實現的。但相對於上面的木棒直立有細微不同。因為體感車有兩個輪子著地，因此車體只會在輪子滾動的方向上發生傾斜。通過內建的精密陀螺儀、速度感測器和重力感測器等精密的感測器，體感車不停的監測車體的姿態與速度變化，反饋給車載計算機，計算機基於運動學和動力學數學模型等演算法，設計最優化控制車輪轉動來保證體感車的穩定，控制輪子轉動，抵消傾斜的趨勢便可以保持車體直立了。而正是由於算機每秒上萬次的頻率控制兩個獨立的輪子，所以，體感車遠遠比我們人在手掌上豎立木棒來的穩定和舒適。

簡單來說，內建的感測器就是體感車的眼睛，而動力系統就是體感車的手掌。有了這個火眼金睛“眼睛”和以毫秒計時“手掌”不斷的監測和調整重心，它當然就能保持穩定站立的姿態了。