SEGlife a Fleesensee-nél
Működési elv
Amikor Dean Kamen bemutatta a Segway Personal Transportert (PT) az ABC "Good Morning America" című műsorában, a készüléket "a világ első önkiegyensúlyozó közlekedési eszközének minősítette az emberek számára". Ha a mozgásban lévő eszközt nézed, megérted, mit jelent. Az autóval ellentétben a Segway-nek csak két kereke van. A különlegesség: képes önállóan egyenesen állni.
Feljutni a Segway PT-re előre vagy hátra hogy mozogjon, a sofőr kissé hajlik előre vagy hátra. Utána balra vagy jobbra Kormányzáshoz a sofőr egyszerűen mozgatja a LeanSteer-t Kormány balra vagy jobbra.
Hogyan működik a dinamikus stabilizáció
Az egyensúly önálló fenntartásának képessége a Segway PT legérdekesebb minősége, és a működés kulcsa. A rendszer működésének megértéséhez hasznos megnézni Kamen modelljét az eszközhöz - az emberi testhez.
Ha felállsz és előre hajolsz, hogy elveszítsd az egyensúlyodat, általában nem esel az arcodra. Az agy tudja, hogy nincs egyensúlyban, mert a belső fülében lévő folyadék megmozdult. Tehát előre mozdítja a lábát, hogy elkerülje az elesést. Amíg előrehajolsz, az agy folyamatosan mozgatja a lábad. Esés helyett egy lépéssel halad előre.
A Segway PT nagyjából pontosan ugyanazt csinálja, kivéve, hogy láb helyett kerekekkel, izmok helyett motorral, agy helyett mikroprocesszorok gyűjteményével és a belső fül egyensúlyérzéke helyett kifinomult egyensúlyérzékelők csoportjával rendelkezik. Az agyunkhoz hasonlóan a Segway PT is tudja, mikor hajoljon előre. Az egyensúly fenntartása érdekében pontosan a megfelelő sebességgel forgatja a kerekeket, és Ön halad előre. Segway ezt a viselkedést nevezi "Dinamikus stabilizálás"és szabadalmaztatta ezt az egyedülálló eljárást, amely lehetővé teszi a Segway PT számára, hogy csak két keréken egyensúlyozzon.
Az agy és az izmok
A Segway PT egyből áll érzékelők, mechanikus alkatrészek, hajtásrendszer és vezérlőrendszerek intelligens hálózata. Abban a pillanatban, amikor rálép a készülékre, öt giroszkóp-érzékelő és két gyorsulás-érzékelő másodpercenként 100-szor elemezni kezdi a terepet és a test helyzetét.
A Segway PT-k speciális szilárdtest szögérzékelőt használnak. Ez a típusú giroszkóp-érzékelő egy objektum forgását nagyon kicsiben értékeli, figyelembe véve a Coriolis-hatást.
A Coriolis-erő azt a hatást írja le, hogy a mozgó testek egy forgó referenciarendszerben eltérülnek egy együtt forgó megfigyelő szempontjából. Például, ha megfigyel egy repülőgépet, amely úgy tűnik, hogy egyenesen repül, akkor ez a vonal íveltnek tűnik, mert a föld.
A Segway PT-nek öt van Giroszkóp érzékelők, bár csak háromra lenne szüksége a Súlyeltolódás Mérje meg az elülső és a hátsó tengelyt (az úgynevezett "hangmagasság"), a súlyeltolódást balra és jobbra (az úgynevezett "gördülést"), és a kormányzást balra vagy jobbra (az úgynevezett "ásítás"). A kiegészítő érzékelőket redundancia céljából használják, hogy a terméket még megbízhatóbbá tegyék. A vezető súlyának eltolódásáról és kormánymozdulatairól szóló információkat továbbítják a Segway PT "agyába", a további dőlésszög-érzékelők információival együtt.
Az agy két redundáns elektronikus áramköri lapból áll, mindegyik mikroprocesszorok csoportjával van felszerelve. Az elemeket és a motor tekercseket is megkettőzik. Ezek együtt működnek, és megosztják a meghajtáshoz szükséges munkaterhelést. A Segway PT-nek van néhány további mikroprocesszora is. A járműnek ekkora számítási kapacitásra van szüksége, mert a lehető legrövidebb idő alatt pontos számításokat kell végeznie, hogy megakadályozza annak felborulását. Ha egy áramköri kártya meghibásodik vezetés közben (vagy a hozzá tartozó akkumulátor, motortekercsek vagy kábelezés), akkor a másik fele átveszi az összes funkciót. A rendszer tájékoztatja az illesztőprogramot a hibáról, és ellenőrzött módon kikapcsolható.
A mikroprocesszorokat fejlett szoftver használja, amely vezérli a járművet. Ez a program figyeli a giroszkóp érzékelőktől érkező összes információt, és ennek megfelelően állítja be az elektromos motorok fordulatszámát. A két újratölthető lítium-ion akkumulátorral működő villanymotorok mindegyik kereket egymástól függetlenül, különböző sebességgel mozgathatják.
Amikor a jármű előrehajol, a motorok mindkét kereket előre mozgatják, hogy megakadályozzák annak felborulását. Ha a jármű hátrafelé dől, a motorok mindkét kereket hátra mozgatják. Amikor a vezető megfordítja a LeanSteer kormányt, hogy balra vagy jobbra forduljon, a motorok egyik kereket gyorsabban mozgatják, mint a másikat, vagy a kerekeket ellentétes irányba mozgatják, hogy a jármű megforduljon. Vezetés közben a Segway PT pontosan a megfelelő ívsugarat kormányozza, ami szükséges az egyensúly fenntartásához, miközben figyelembe veszi a centrifugális erőket.
Technológia és alkatrészek
A SEGWAY tucatnyi egyedi alkatrészt tartalmaz, amelyeket gondosan megterveztek, gyártottak és teszteltek, hogy szinkron egységben működjenek együtt. Az alábbiakban ismertetett SEGWAY HT alkatrészek tartalmazzák a vezérlő áramkört, az egyensúlyérzékelőket, motorokat, fogaskerekeket, gumiabroncsokat, kerekeket és akkumulátorokat.
Vezérlőegység
A Delphi Electronics két kifinomult vezérlőpanelje biztosítja az agyat és az izmokat is a rendszer számára. A Delphi Electronics céget partnereivé választották a magas minőségű autóipari elektronika tömeggyártásában szerzett tapasztalataik alapján, olyan igényes alkalmazásokhoz, mint a légzsákok.
Mindegyik vezérlőpanel Texas Instruments jelfeldolgozóval van felszerelve, amely figyeli a teljes SEGWAY HT rendszert, és másodpercenként 100-szor ellenőrzi, hogy nincsenek-e hibák vagy egyéb, azonnali választ igénylő körülmények. Kiolvassa az egyensúlyérzékelők (BSA) adatait, hogy megállapítsa, a vezető előre vagy hátra hajlik-e. Ez az információ azonnal azt eredményezi, hogy az akkumulátorok energiája 12 "nagy energiájú, nagy áramú terepi tranzisztor" (FET) révén a motorokhoz irányul. Ezeket a számításokat másodpercenként százszor hajtják végre, és a motorokat másodpercenként akár ezerszer is beállítják - a válaszidő sokkal nagyobb, mint az emberi érzékelés. Bár mindegyik vezérlőpanel teljes mértékben vezérelheti a SEGWAY HT-t, ha a másik kártya meghibásodik (mindegyik kártya mindkét motor elektromos áramköréhez csatlakozik), a számítási teljesítmény normál üzemi körülmények között megoszlik.
Egyensúly érzékelők
A Silicon Sensing Systems által gyártott mérleg-érzékelők (BSA) hálózata elegáns felépítésű, rendkívül robusztus, de rendkívül érzékeny eszköz.
Ez a körülbelül 3 hüvelyk hosszú kocka öt rögzített gyűrűs vibrációs szögmérőt (giroszkópot) tartalmaz, amelyek a Coriolis-effektust használják a forgási sebesség mérésére. Ezek az apró gyűrűk elektromechanikusan rezegnek. Forgatásukkor egy kis erő keletkezik, amelyet a belső érzékelő elektronikája mérhet.
Mindegyik giroszkóp a saját szögében van rögzítve, amely lehetővé teszi a különböző mozgásirányok mérését. A SEGWAY fedélzeti számítógépei folyamatosan összehasonlítják mind az öt giroszkóp információit annak eldöntése érdekében, hogy az öt érzékelő közül az egyik helytelen adatokat szolgáltat-e. Ebben az esetben a fennmaradó érzékelők adatait addig használjuk, amíg egy ellenőrzött biztonsági kikapcsolás meg nem történik.
Két dőlésérzékelő, amelyek elektrolit folyadékkal vannak feltöltve, információt nyújtanak a gravitációról - ugyanúgy, ahogy a belső fülünk az egyensúlyérzékünkkel működik. A BSA-t két független mikroprocesszor ellenőrzi, és redundancia miatt két független félre oszlik. A felek közötti egyenletes kommunikáció optikai, hogy megakadályozza az egyik oldalon lévő elektromos hibák átterjedését a másikra.
Motorok
A SEGWAY HT motorok sok szempontból egyedülállóak. A Pacific Scientific gyártja, a Danaher részlege, súly- és méretosztályukban a legerősebb motor, amely valaha tömeggyártásba kezdett. Mindegyik motor folyamatosan 1,5 kW teljesítményű - ez 2 LE!
A motorok kefe nélküli szervo technológiát alkalmaznak, ami azt jelenti, hogy nincsenek olyan érintkezők, amelyek elhasználódhatnak és csökkenthetik a teljesítményt. A mágnesek nagyon erős ritkaföldfémből készülnek: neodímium-vas-bór. Minden motor két független tekerccsel van felszerelve, mindegyiket saját vezérlőpanel vezérli. Normál üzemi körülmények között mindkét tekercs párhuzamosan működik és megosztja a terhelést. Meghibásodás esetén a motor képes azonnal kikapcsolni a hibás oldalt, és a fennmaradó tekercsek segítségével fenntartani a SEGWAY HT vezérlését, amíg le nem áll. A motort gondosan beállították 8000 fordulat/perc teljesítményre, ami nagyon nagy teljesítményszintet tesz lehetővé egy kis csomagban. Redundáns, érintés nélküli, analóg érzékelők visszajelzést adnak a motorról a SEGWAY HT-re a mágnesek helyzetének mérésével. A motor tengelye az egyetlen mozgó rész.
terjedés
Abroncsok és kerekek
A Michelin az egyik első partner volt a SEGWAY HT fejlesztésében. A SEGWAY HT abroncsait kifejezetten ehhez a termékhez fejlesztették ki, egyedi gumiabroncs-keveréket (szilícium-dioxid-vegyületet használva a hagyományosan használt szénalapú anyagok helyett). Ez megnövelt tartást és minimálisra csökkenti a nyomok kialakulását, különösen a beltéri felületeken. A gumik gumitalanok, és csak alacsony belső gumiabroncs-nyomást igényelnek. Ez a speciális fejlesztés növeli a vezetési kényelmet és minimalizálja a súrlódási ellenállást.
A gumiabroncs ugyanolyan egyedülálló kerékre van felszerelve: a kerék egy fejlett mérnöki hőre lágyuló műanyagból készül, amelyet a GE Plastics együttműködésével választottak ki. A kompozit anyag lehetővé teszi a kis súlyt, a kiváló tartósságot és csökkenti a meghajtórendszer zaját. A kereket egy kovácsolt acélváz köré öntik, anélkül, hogy olyan rögzítőelemeket használnának, amelyek idővel meglazulhatnak. A váz és a sebességváltó közötti felfüggesztést egy szabadalmaztatott hatszögletű kúpos rendszer teszi lehetővé. A kereket ezáltal egyetlen anyával lehet felszerelni vagy eltávolítani, de a hagyományos alkalmazásokban általánosan használt többcsavaros rendszer biztonsága továbbra is fennáll.
Elemek
A SEGWAY HT két 72 voltos NiMH akkumulátort használ, amelyet a SAFT-nal (az Alcatel alvállalkozója) együttműködve fejlesztettek ki. Ezek a nikkel-fém hibrid cellák a lehető legnagyobb energiahatékonyságot nyújtják a ma elérhető kémia szerint. Úgy lettek optimalizálva, hogy a SEGWAY HT a legszélsőségesebb körülmények között is kiegyensúlyozott legyen. Ezek nem szokványos mobiltelefon-akkumulátorok!
Minden akkumulátor egy nagy teljesítményű cellák hálózatából és egy speciálisan kifejlesztett vezérlőpanelből áll, amely folyamatosan figyeli az akkumulátor hőmérsékletét és feszültségét a különböző pontokon. Ez a komponens a GE Thermoplastics újabb egyszeri alkalmazásában szerepel. Az elemdoboz rezgéses hegesztési módszerrel van lezárva, amely egyetlen, folyamatos szerkezetet képez a kompozit kívülről. A tömítés véd a nedvességtől, és olyan erős, hogy ellenállt minden olyan extrém tesztnek, amelyre technikusaink gond nélkül gondoltak.
Az akkumulátorba integrált elektronika lehetővé teszi az "intelligens" töltést. A tulajdonosnak csak a SEGWAY HT készüléket kell csatlakoznia egy aljzathoz, és az akkumulátor automatikusan kiválasztja a megfelelő töltési sebességet a hőmérséklet, a feszültség és a töltöttség szintje alapján. Az akkumulátorok gyorsan feltöltődnek, majd mérleg és karbantartási üzemmódba lépnek. A SEGWAY HT tulajdonosának nem kell aggódnia az időzítés miatt - csak csatlakoztassa, és a többi automatikusan megtörténik.
Normál üzemi körülmények között a SEGWAY HT gondosan figyeli mindkét elemet, és egyenletesen lemeríti az elemeket. Az akkumulátor meghibásodása valószínűtlen esetben a rendszer egyetlen akkumulátorral is működhet, és fenntartja az egyensúlyát, amíg biztonságosan le nem állítják.
Milyen Érzés
A Segway PT vezetése nem hasonlítható össze semmilyen más tapasztalattal, mert még soha nem történt hasonló. Lépjen tovább, és ösztöne megmondja, hogyan kell egyensúlyát tartani, mint bármely más szokásos közlekedési eszköz két keréken. Szinte azonnal észreveszi, hogy a Segway egyensúlyban van az Ön számára, mintha testének meghosszabbítása lenne. Hajoljon előre egy kicsit, és látni fogja, hogy a Segway PT nem magától szállítja, hanem válaszol Önre és az Ön utasításaira.
Emlékszel olyan álmokra, ahol úgy érezted, mintha repülnél? Szabadságot, derűt és magabiztosságot érez. Úgy érzed, hogy a talaj mozog alattad, de nem érsz hozzá. Átcsúsznak rajta. Erőt és sebességet érez, biztonságot és teljes irányítást érez. Minden természetesnek, biztonságosnak és ösztönösnek tűnik. A Segway PT-vel való vezetés érzése.
A Segway PT-vel közlekedő emberek a következőket mondták intuitív és csúszó tulajdonságairól:
"Megítélésem szerint a Segway HT-t nagyon szórakoztató vezetni. Biztonságos, stabil és a digitális technológia lenyűgöző alkalmazása. Könnyű megtanulni vezetni és sok szempontból egyszerűen fantasztikus."
Walt Mossberg, Wall Street Journal
"A Segway vezetése olyan intuitív, mintha olyan lenne, mintha valamilyen módon kapcsolódna a központi idegrendszerhez."
Fortune Magazine
"A Segway hihetetlenül stabil, függetlenül attól, hogy álló vagy vezetõ."
Dan Bricklin, a VisiCalc, az első elektronikus táblázat társtalálója