單兵突擊車是一種電力代步車，即Segway雙輪電動(dòng)車，也稱為“賽格威”車(港譯“攝位車”)，具有自我平衡能力，最高時(shí)速可達(dá)40公里。該車由美國發(fā)明家狄恩·卡門領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)研制。美國警察最先使用，很順手。Segway由于不需要用手控制前進(jìn)、加速和轉(zhuǎn)向，因此可以解放雙手操作武器，目前已開始在各國警察部隊(duì)中得到優(yōu)先應(yīng)用。2008年7月2日在中國首次展示，中國武警部隊(duì)在反恐演練中亮相的單兵突擊車，將用于2008年北京奧運(yùn)會(huì)安保反恐。

 簡介

單兵突擊車無油門、無剎車、無離合，靠身體傾斜等進(jìn)行操作。單兵突擊車具有自我平衡能力，最高時(shí)速可達(dá)40公里。使用者只要雙腳站在由兩個(gè)輪子支撐的平板上，抓牢類似自行車的手柄，就可以自由移動(dòng)。該車裝有雙輪，由陀螺儀操控。該車在操作時(shí)不需要?jiǎng)x車裝置或者節(jié)流桿，當(dāng)駕駛者身體前傾時(shí)，機(jī)車前進(jìn);當(dāng)駕駛者身體直立時(shí)，機(jī)車停止。陀螺儀發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)说闹匦暮髢A或前傾時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生向后或向前的力量達(dá)到平衡效果，車上的人不用擔(dān)心有傾倒跌落的危險(xiǎn)。

設(shè)計(jì)靈感

美國發(fā)明家Dean·Kamen的大作。“Segway”起源于英文單字“Segue”，意指“流暢平順地走”。有人認(rèn)為它是一種雙輪版的單輪車(Unicycle)，有人則認(rèn)為它是動(dòng)力滑板車(Stand-up Scooter)的一種，但它是單軸雙輪設(shè)計(jì)，與雙軸雙輪的傳統(tǒng)滑板車有些不同。似乎稱其為“電動(dòng)個(gè)人輔助機(jī)動(dòng)裝置”(Electric Personal Assistive Mobility Device, EPAMD)更準(zhǔn)確些，俗稱電動(dòng)代步車。

Dean Kamen的設(shè)計(jì)靈感來自人類行走，目的是設(shè)計(jì)一種電動(dòng)輪椅，一種健全人騎的輪椅。

單兵突擊車的運(yùn)作原理主要是建立在一種被稱為“動(dòng)態(tài)穩(wěn)定”的基本原理上，無油門、無剎車、無離合，全靠操作者身體傾斜等方式進(jìn)行操作。

純電力驅(qū)動(dòng)，主要由車體平臺(tái)，兩只帶光電編碼器的小型無刷直流電機(jī)，左、右車輪和只有在靜止?fàn)顟B(tài)才起作用的兩只保護(hù)導(dǎo)向輪組成。兩只無刷直流電機(jī)安裝在車體平臺(tái)的下面，通過齒輪減速機(jī)構(gòu)分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)左、右車輪運(yùn)動(dòng)，具有尺寸小、操作靈活、節(jié)省能源等優(yōu)點(diǎn)。包括運(yùn)動(dòng)控制，控制指令通過安裝在踏板上的精密陀螺儀獲得，5組陀螺儀每秒采樣率高達(dá)5000次，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片前端的用來做指令運(yùn)算的是TMS320C2000 MCU，運(yùn)用了“動(dòng)態(tài)穩(wěn)定”的運(yùn)動(dòng)學(xué)概念。

“動(dòng)態(tài)穩(wěn)定”(Dynamic Stabilization)，也就是車輛本身的自動(dòng)平衡能力。以內(nèi)置的精密固態(tài)陀螺儀(Solid-State Gyroscopes)來判斷車身所處的姿勢狀態(tài)，透過精密且高速的中央微處理器計(jì)算出適當(dāng)?shù)闹噶詈?，?qū)動(dòng)馬達(dá)來做到平衡的效果。假設(shè)我們以站在車上的駕駛?cè)伺c車輛的總體重心縱軸作為參考線。當(dāng)這條軸往前傾斜時(shí)，賽格威車身內(nèi)的內(nèi)置電動(dòng)馬達(dá)會(huì)產(chǎn)生往前的力量，一方面平衡人與車往前傾倒的扭矩，一方面產(chǎn)生讓車輛前進(jìn)的加速度，相反的，當(dāng)陀螺儀發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)说闹匦耐髢A時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生向后的力量達(dá)到平衡效果。因此，駕駛?cè)酥灰淖冏约荷眢w的角度往前或往后傾，賽格威就會(huì)根據(jù)傾斜的方向前進(jìn)或后退，而速度則與駕駛?cè)松眢w傾斜的程度呈正比。原則上，只要賽格威有正確打開電源且能保持足夠運(yùn)作的電力，車上的人就不用擔(dān)心有傾倒跌落的可能，這與一般需要靠駕駛?cè)俗约哼M(jìn)行平衡的滑板車等交通工具大大不同。

以TMS320為控制核心的運(yùn)動(dòng)控制器，根據(jù)光電編碼器和姿態(tài)傳感器檢測到的平臺(tái)運(yùn)行的位移和姿態(tài)信號(hào)，通過一定的控制策略計(jì)算出控制量，再經(jīng)PWM控制及驅(qū)動(dòng)器放大后驅(qū)動(dòng)無刷直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，隨時(shí)調(diào)整車體平臺(tái)的運(yùn)行速度，從而使車體平臺(tái)始終保持平衡狀態(tài)。控制器電路主要由TMS320、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片、電池模塊以及外圍電路組成。采用微硅陀螺儀和傾角傳感器的組合構(gòu)成姿態(tài)傳感器來檢測車體平臺(tái)的運(yùn)行姿態(tài)。其中，微硅陀螺儀檢測的是平臺(tái)繞轉(zhuǎn)動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速率，傾角傳感器檢測的是平臺(tái)相對于水平面的傾角?？刂瓢宀杉瘉碜詢A角和角速度傳感器的信號(hào)并對信號(hào)進(jìn)行調(diào)理(消波、整形、偏移)，然后將信號(hào)傳送到TMS320的ADCIN00和ADCIN01通道中，經(jīng)過DSP的運(yùn)算處理(控制算法由電動(dòng)車系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)而出)，通過DSP的兩路PWM將控制信號(hào)發(fā)出，再經(jīng)過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，控制小車保持平衡狀態(tài)。

使用方法

只要自控能力強(qiáng)，能把這個(gè)車想成一個(gè)平板，靜靜的踩上去，并保持重心在身體縱軸的中央，車就能穩(wěn)穩(wěn)的立在那兒。當(dāng)身體重心靠前或靠后時(shí)，踏板隨之傾斜，根據(jù)陀螺儀采集的信號(hào)，運(yùn)算芯片會(huì)迅速為電機(jī)發(fā)出指令，車就隨即被驅(qū)動(dòng)，車的行進(jìn)速度與身體傾斜的程度呈正比。轉(zhuǎn)彎是靠車把實(shí)現(xiàn)，雖然造型與自行車幾乎一樣，但絕不能扭動(dòng)，否則在雙腳反作用力下，車會(huì)轉(zhuǎn)向預(yù)期的反方向。正確的方法是輕輕向欲轉(zhuǎn)的方向扯動(dòng)手把，同樣還是在利用踏板水平面的傾斜來控制方向。這就意味著，如果身體重心有左右方向的傾斜，也同樣能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。轉(zhuǎn)彎動(dòng)作依靠兩個(gè)車輪的轉(zhuǎn)速差達(dá)成，當(dāng)車靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，還能像坦克一樣原地轉(zhuǎn)向。

車子的底座裝有計(jì)算機(jī)、陀螺儀和直流電機(jī)等核心部件。內(nèi)置精密陀螺儀在判斷車身所處的姿態(tài)后，通過計(jì)算機(jī)發(fā)出相應(yīng)指令，驅(qū)動(dòng)電機(jī)取得平衡效果。當(dāng)駕駛者身體前傾時(shí)，陀螺儀將信息發(fā)給計(jì)算機(jī)，電機(jī)一方面產(chǎn)生扭矩防止人與車往前傾倒，一方面加速運(yùn)轉(zhuǎn)提高車速;當(dāng)駕駛者身體直立時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)剎車;當(dāng)陀螺儀發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)说闹匦暮髢A時(shí)，電機(jī)則會(huì)產(chǎn)生由后向前的扭矩防止人與車向后傾倒。所以只要駕駛者正確打開電源并保證車子有足夠電力，就不必?fù)?dān)心摔倒。

“賽格威”車有多個(gè)系列，其中I系列在鋰電池全充滿情況時(shí)(充電需8～10個(gè)小時(shí))，可達(dá)到25～40公里的時(shí)速，P系列在鎳氫電池全充滿情況時(shí)(充電需4～6個(gè)小時(shí))，可達(dá)到10～16公里的時(shí)速。在充電設(shè)計(jì)上設(shè)計(jì)者也別出心裁，車子可利用下坡時(shí)產(chǎn)生的能量自動(dòng)充電。I系列的車重約48公斤，X系列重54公斤。在美國本土，其價(jià)格從5145美元到6175美元不等。到去年底該公司一共賣出了約3萬輛。

特點(diǎn)

使用者只要雙腳站在由兩個(gè)輪子支撐的平板上，抓牢類似自行車的手柄，就可以自由移動(dòng)。

該車裝有雙輪，由陀螺儀操控。該車在操作時(shí)不需要?jiǎng)x車裝置或者節(jié)流桿，當(dāng)駕駛者身體前傾時(shí)，機(jī)車前進(jìn);當(dāng)駕駛者身體直立時(shí)，機(jī)車停止。陀螺儀發(fā)現(xiàn)駕駛?cè)说闹匦暮髢A或前傾時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生向后或向前的力量達(dá)到平衡效果，車上的人不用擔(dān)心有傾倒跌落的危險(xiǎn)。一般人騎上2分鐘就能控制自如了。原則上，只要電池電力充足，就不用擔(dān)心會(huì)摔倒。

平行雙輪電動(dòng)車的行走機(jī)構(gòu)，是一種兩輪同軸左右平行布置、獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，其行走機(jī)構(gòu)控制的關(guān)鍵是兩輪行走機(jī)構(gòu)在行走過程中的平衡控制。平行雙輪電動(dòng)車行走機(jī)構(gòu)要求具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)可以實(shí)現(xiàn)零半徑轉(zhuǎn)彎，具有極強(qiáng)的靈活性。由于只有兩個(gè)輪子，因而結(jié)構(gòu)尺寸可以做得較小，轉(zhuǎn)彎時(shí)占用的空間也相對較小。這一特點(diǎn)使他適用在狹窄和移動(dòng)中需經(jīng)常轉(zhuǎn)彎的空間。

(2)三輪或四輪車輛在爬坡時(shí)重心會(huì)發(fā)生傾斜，因而對坡度有限制。平行雙輪電動(dòng)車在爬坡時(shí)上體姿態(tài)和走平路時(shí)一樣，重心不發(fā)生傾斜，所以平行雙輪電動(dòng)車可適應(yīng)更大的爬坡的坡度。

起源

誕生源起，最早是起因于迪恩·卡門的DEKA與美國大型醫(yī)療器材生產(chǎn)商嬌生(Johnson & Johnson)的子公司獨(dú)立科技(Independence Technology)所合作開發(fā)的一種自動(dòng)平衡式動(dòng)力輪椅--iBOT?？ㄩT觀察人類走路的姿勢特性，領(lǐng)悟到其實(shí)人類之所以可以平穩(wěn)地直立行走，是因?yàn)轶w內(nèi)靈敏的平衡器官可以精確地判斷出身體重心的改變量，透過小腦的即時(shí)反應(yīng)，然后利用腿部的肌肉即時(shí)出力來平衡傾倒的態(tài)勢。所以當(dāng)人類的身體前傾時(shí)，這種不自主的反應(yīng)會(huì)促使人類伸出其中的一只腳往前踩來平衡身體，所以透過這種前傾、往前踏腳、前傾、往前踏腳的動(dòng)作循環(huán)，即構(gòu)成了“步行”這種動(dòng)作。因此卡門嘗試使用精密的陀螺儀來代替人類的前庭與耳蝸等平衡器官，以電動(dòng)馬達(dá)與車輪代替人類的雙腳，發(fā)展出所謂的“動(dòng)態(tài)穩(wěn)定”概念，并且由嬌生獲得這種技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域商業(yè)銷售的專利權(quán)，成立獨(dú)立科技來銷售iBOT。

有別于專門提供給殘障或老弱人士使用、價(jià)位高昂的動(dòng)力輪椅，卡門進(jìn)一步想到，如果將一樣的理念拿給行動(dòng)正常的一般人使用未嘗不可，于是開始有了誕生概念。1999年7月27日卡門創(chuàng)立了雅克羅責(zé)任有限公司(Acros LLC.)，主旨是利用動(dòng)態(tài)穩(wěn)定技術(shù)來開發(fā)生產(chǎn)一種高效率、零污染的運(yùn)輸工具，并且開始開發(fā)新產(chǎn)品，計(jì)劃代號(hào)叫作“姜”(Ginger)。

歷史

2001年2月，新的研發(fā)與制造廠在美國新罕布夏州貝福特(Bedford, New Hampshire)破土動(dòng)工，并且在11月時(shí)將公司名稱改為攝位車責(zé)任有限公司，在這段期間，關(guān)于這種跨時(shí)代嶄新交通概念的消息早已傳遍各界，但卻鮮少有人知道細(xì)節(jié)。

2001年12月3日，正式公開了Segway雙輪電動(dòng)車(Segway HT)的原型車，并且聲稱它是人類史上第一輛能夠自主平衡(Self-Balancing)的運(yùn)輸工具。

2002年1月，推出第一輛Segway雙輪電動(dòng)車的預(yù)產(chǎn)車。2月15日時(shí)，該公司所在地新罕布夏州通過州法案，允許Segway雙輪電動(dòng)車這種電動(dòng)個(gè)人輔助機(jī)動(dòng)裝置(EPAMD)能在該州內(nèi)的路旁人行道上行駛，而透過攝位車公司的到處游說，在2002年底之前，美國共有31個(gè)州通過立法，允許EPAMD能在人行道上使用。

第一輛實(shí)際量產(chǎn)的產(chǎn)品，一輛序列編號(hào)022111000001的Segway HT i167正式出廠，而這輛具有紀(jì)念價(jià)值的量產(chǎn)警用車，當(dāng)然很自然地變?yōu)榈叶?middot;卡門個(gè)人的收藏。如同產(chǎn)品在工業(yè)概念上的創(chuàng)新，Segway雙輪電動(dòng)車在銷售上也采取很另類的作法，他們選擇了美國的網(wǎng)絡(luò)書店--亞馬遜書店(Amazon.com)--作為他們第一個(gè)經(jīng)銷商，并且在亞馬遜網(wǎng)站上開放前三輛量產(chǎn)隨意車的競標(biāo)，以便籌措資金設(shè)立一個(gè)名為“科技啟發(fā)與確認(rèn)”(For Inspiration and Recognition of Science and Technology，F(xiàn)IRST)的非營利基金會(huì)，鼓勵(lì)更多人投入創(chuàng)造發(fā)明的行列。最后，Segway HT的一號(hào)、二號(hào)與三號(hào)車分別以160.100美元、104.100美元與100.600美元的高價(jià)賣出。

2002年4月23日，佐治亞州的亞特蘭大市政府向攝位車采購了一批新車，使得該市成為這種新運(yùn)具的第一個(gè)官方使用單位，之后陸續(xù)又有許多不同等級(jí)的官方單位跟進(jìn)。

2002年11月18日時(shí)，Segway雙輪電動(dòng)車正式在亞馬遜網(wǎng)站上進(jìn)行預(yù)購活動(dòng)，開始實(shí)際量產(chǎn)銷售給一般的民眾。

2003年1月16日，一家法國的私人運(yùn)輸公司凱歐利(Keolis)與Segway公司簽署協(xié)議，要在法國發(fā)展利用Segway雙輪電動(dòng)車便利車作為大眾運(yùn)輸工具的計(jì)劃。除了在法國各地的火車站、機(jī)場設(shè)置Segway雙輪電動(dòng)車的出租服務(wù)點(diǎn)外，也包含了一個(gè)名為“氧氣站”(Station Oxygène)的創(chuàng)新計(jì)劃，這個(gè)計(jì)劃預(yù)計(jì)在全法國各大城市建立一個(gè)Segway雙輪電動(dòng)車與其他零污染交通工具的出租網(wǎng)絡(luò)，讓旅客可以用甲地租車乙地還車、只以計(jì)時(shí)定價(jià)的方式租賃適當(dāng)?shù)慕煌üぞ?，來降低人員運(yùn)輸在都市地區(qū)所造成的空氣污染問題，這也是Segway雙輪電動(dòng)車第一次銷售到美國之外的其他國家。

該公司的計(jì)劃已經(jīng)在2003年中時(shí)實(shí)現(xiàn)，第戎(Dijon)的市觀光辦公室是其第一個(gè)客戶，開始提供到當(dāng)?shù)赜瓮娴穆每蚐egway雙輪電動(dòng)車車作為市區(qū)游覽的工具。除此之外，在巴黎的香榭麗舍大道(Champs-Elysées)、拉德芳斯(La Défense)等行人徒步區(qū)內(nèi)，也可以租到Segway雙輪電動(dòng)車作為徒步之外的另外一種替代。

2003年2月，隸屬美國國防部的國防先進(jìn)研究計(jì)劃署(Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA)與Segway雙輪電動(dòng)車簽約，將15架攝位車便利車改裝成機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)(Robotic Mobility Platforms，RMP)，讓各相關(guān)研究機(jī)構(gòu)作為一種穩(wěn)定、低廉的機(jī)器人系統(tǒng)發(fā)展平臺(tái)。

不久之后，隸屬美國海軍、位于加州圣地亞哥的空海作戰(zhàn)系統(tǒng)司令部(Space and Naval Warfare Systems Command，SPAWAR)也跟進(jìn)采購了14架RMP，并且配布給各政府與大學(xué)研究單位，作為機(jī)器人研究計(jì)劃的載臺(tái)，是Segway雙輪電動(dòng)車實(shí)際應(yīng)用于軍事與科技發(fā)展上的衍生案例。

2003年10月29日，Segway與美國大型家庭用品通路商布魯克史東(Brookstone)達(dá)成協(xié)議，成為Segway雙輪 Segway雙輪電動(dòng)車電動(dòng)車第一個(gè)全國性的實(shí)體銷售網(wǎng)，期望以實(shí)際展示讓潛在消費(fèi)者試期的方式，拯救Segway雙輪電動(dòng)車在上市初期，只透過網(wǎng)絡(luò)郵購的虛擬銷售方式而局限住的推廣狀態(tài)(Segway雙輪電動(dòng)車原本預(yù)計(jì)新車在開始上市后的頭一年之內(nèi)應(yīng)可達(dá)到5到10萬輛的銷售，但結(jié)果是他們在21個(gè)月內(nèi)只賣出6000輛新車)。

2004年10月11日，Segway發(fā)表了一輛名為“半人馬號(hào)”(Segway Concept Centaur)的四輪版概念車，是第一輛四輪的Segway車。

2004年11月16日，一個(gè)名為“時(shí)速10英里的美國”(America at 10 m.p.h.)、由愛好者組成的車隊(duì)以全程騎乘Segway雙輪電動(dòng)車的方式，完成了從西雅圖到波士頓、橫貫美洲大陸的嘗試。

2005年3月1日，Segway車一口氣發(fā)表了三種新款的衍生車型，其中包括了Segway越野車(Cross-Terrain，XT)與高爾夫球車(Golf Transporter，GT)的特殊用途版本。

安全性討論

Segway公司在自己的主頁上宣稱：7月1日，紐約市已經(jīng)通過立法，允許這種車子在人行道上行駛。但從產(chǎn)品問世以來，也有不同聲音。美國國內(nèi)的一些民間團(tuán)體對這種車子對路邊行人是否安全持不同意見。如美國盲人協(xié)會(huì)還為禁止這種車子在人行道上行駛進(jìn)行過游說活動(dòng)，該協(xié)會(huì)在自己網(wǎng)站上聲稱：“這款車對環(huán)境而言也許有好處，但行人的安全沒有被充分重視，由此造成的傷亡不應(yīng)是我們?yōu)檫@項(xiàng)發(fā)明付出的代價(jià)。”

由于“賽格威”沒有車閘，這很容易危及駕駛者和行人的安全，因此成為部分國家對它進(jìn)行種種限制的重要理由。澳大利亞新南威爾士州的道路交通管理部門禁止它在公路和人行道上行駛，瑞典也嚴(yán)禁它上公路和人行道。英國、丹麥、德國、意大利和瑞士也出臺(tái)了各種限制駕駛的條件。