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标题: 美国开发出永不撞车的双轮电车(组图) [打印本页]

作者: 归去来兮 时间: 2009-4-8 10:27
标题: 美国开发出永不撞车的双轮电车(组图)
　　新浪科技讯北京时间4月8日消息，据《每日邮报》报道，如果美国汽车巨头通用公司高层的愿望达成，那么交通堵塞、交通事故和四轮汽车不久将成为过去。

　　目前正遭遇前所未有危机的通用汽车公司近日联手电动机车制造商赛格威(Segway )，开发一款新型环保双轮电车——PUMA(个人都市移动工具)。PUMA双轮电车具有快速、便捷、安全、清洁、价格低廉等诸多优点，是世界各地传统轿车的理想替代品。PUMA研发项目还涉及一个覆盖大范围区域的通信网络，以便让车辆之间相互沟通，管控交通流量，避免发生车祸。

　　PUMA双轮电车原型采用锂离子电池和赛格威两轮平衡技术，使用两台电动机。设计速度最高可达每小时35英里，一次充电可行驶35英里。通用和赛格威均未披露PUMA两轮电车的预计成本，但两家公司表示，包括购买价、保险费、维护费和燃料费在内，这款新型环保车的总运行成本大约相当于普通传统汽车的三分之一。

　　通用汽车公司负责新产品研发和战略规划的副总裁劳里·伯恩斯(Larry Burns)表示，PUMA项目是通用旨在将自己重塑为节能汽车生产商努力的一部分。伯恩斯称，如果说悍马将通用带到大型车的一个极端，那么PUMA两轮电车则会把通用带到另一个极端。理想情况下，PUMA双轮电车还将成为一个通信网络的组成部分，通过使用发射机应答器和全球定位系统，这个通信网络可以令车辆自动行驶。

　　据伯恩斯介绍，PUMA双轮电车可以自动躲避行人、车辆和其它障碍物，因此，永远不会发生撞车事故。这样，PUMA双轮电车根本不需要气囊等传统安全装置，但也会用“仅为舒适目的”的安全带。伯恩斯表示，尽管这项技术及其目标听起来好像是科幻电影中的场景，但它距离现实生活并不遥远，而且成为现实并不需要任何新的发明。

　　他说：“眼下，它需要的只是一个业务决策。”伯恩斯指出，尽管建立适于PUMA双轮电车的完善的通信基础设施对美国许多城市来说还是很遥远的事，但通用汽车正寻求将大学校园这样的地方作为试点，希望经过一段时间的尝试，PUMA两轮电车可以在市场上获得立足点。

　　受金融危机的影响，通用汽车亏损严重，虽从联邦政府获得数十亿美元的资金援助，但这家“百年老店”的未来仍命悬一线，目前正在进行大规模重组，可能最终致其向法院提出破产保护的申请。与此同时，在全球经济陷入衰退的大环境影响下，通用汽车的多款汽车创下25年来销量新低。不过，伯恩斯认为，在最为艰难的经济时期，往往会诞生一些最具创新力的思想。他说：“未来两个月事关通用汽车的彻底变革。”

来源：新浪科技

作者: 聂－－ 时间: 2009-4-8 11:48
支持一下。

作者: 傲慢有理 时间: 2009-4-9 20:30
严重关注!希望大家讨论一下这车的技术

作者: xqtkj 时间: 2009-4-11 16:26
平衡如何撑控

作者: yjz 时间: 2009-4-29 17:17
未来城市的交通工具？

老美太有创意了，这东西一大群扎堆的话就好看了。

作者: 连云港小徐 时间: 2009-5-6 21:56
螺旋仪就值不少钱吧

作者: sheji 时间: 2009-5-11 03:23
是陀螺仪。现在电子陀螺仪已经很便宜了，体积小的不可想象。大型陀螺仪可以直接用来做终端控制平衡。但这车显然没有，也不需要。它的平衡完全是依靠两个轮子的加速度来控制，是最简易的一种应用，因为它只有两个参量而且归属相同，就是控制电机的功率。（没怎么听说过吧，但就是这样。它的终端控制原理类同于我们现在的电动车控制器，但它是以控制输出功率为主线的，有区别）（我这是高端的分析。如果它采用了步进电机，那就属于低端了。）
如果做独轮的，就需要大型陀螺仪，除了加速度转轮控制还得再加上立轴扭转这个参量，这个参量才是含有高质量技术的，它也同样、同时具备加速度特性。
现在计算机都这么发达了，发达到连单片机都懒得用了，调试完毕就直接形成固态系统。我们有钱吗？你有钱吗？做出来的东西有人要吗？哈

作者: sheji 时间: 2009-5-11 03:29
这个先天不足的东西没有开发价值，独轮的先天更是不足。但独轮有可以行走在任何道路上的优点，这是任何车辆无法与之相比的，只是还没找到它的实际应用，一样没价值，哈哈

作者: 傲慢有理 时间: 2009-5-11 22:21
想和sheji大师讨教一下这个车怎样具体控制前后平衡的，利用电机转矩能实现车子前倾后仰这个很显然，可是我在想如果坐上人的时候人在车上岂不是不能乱动吗，人一动就扰乱了电机维持的前后平衡，电机只能增减转矩来继续维持车子的平衡，可是这样的话车子不就忽快忽慢了吗？

作者: sheji 时间: 2009-5-12 02:05
超前量+自动衰减，这是一个高速计算与控制的问题，交给计算机处理就很简单。电机+轮作为终端执行机构，具有快速转角定位与确定加速度调整的能力。静止时就算你人在上面大幅度运动，轮的转动也能在“最小的转角和摆动次数”内达到平衡，并非晃来晃去。一般的人体动作，轮子几乎是不动的。当然你如果人在上面不停的大幅度晃动，那下面的轮子也必会晃来晃去。只因为是依靠加速度来调整，就可以最大限度的利用物体惯性，更有效的以最小的幅度来摆正不平衡。
行走时，仅仅加入了速度基数进行计算，所谓动态平衡。转弯也一样。
判断的依据，陀螺仪自然是必不可少的。由它可以解析出倾角、加速度、速度等干扰分量（一般做法是以多个来独立完成，这样可以降低制作精度），即必须得到的物理状态参数。（更多的参数有载重、重心、轮角、轮速、转角等等终端参数不断的反馈并比较、校正）这些状态参数与给定参数做比较后进入计算得出动作参量控制轮子。给定参数也是变化的，它依据驾驶员的手把信息。

这辆车我没有看到，甚至连产品介绍都没看全。也许并没有我说的这样“复杂”。我只是表达我如果做这车的做法及原理。

作者: txj 时间: 2009-5-12 14:24
sheji老师，我虽然不认识你，他们都叫你老师，那我就老老实实叫你声老师。
你上面说的参量，对于每个自动平衡系统，基本上有那么几个会适用，可惜如果只是针对一个楼主说的双轮驱动自动平衡汽车而言，分析复杂化了。照你这个宽泛的范围，做楼主这样的汽车好像变的不可能了。
对于2论汽车，其实就是一个该车子水平基准平面和理论水平面的一个闭环控制而已，由于2轮系统该分量无论转弯与否都集中在车子的运动方向，因此简单化处理的话，只要从作为基准的陀螺仪上面检出该矢量方向上的误差并对2轮独立电机进行控制就行了。
转向只是根据方向盘控制信号，对双轮子进行差速处理，而前进与否，也只是在控制回路里面加入一个被调速输入控制的稳定的基础功率这么简单。
最后，系统的响应能力取决于该闭环回路的瞬态特性,这里比较敏感的是调整过程中的系统阻尼特性和受激震荡的收敛性，这就变成做程序模型时候的事情了，各人设计的也就会有各种不同的表现。
另外系统的功率储备决定了系统能抵抗多大的外来干扰。这就不由程序决定了，超过这个抵抗极限，车子就直接大马趴啦……

作者: sheji 时间: 2009-5-12 20:47
你这个是基本的理论模型。
按照你这个模型去控制的话，几乎没有“稳定”的感觉。
你可以推导一下“平衡过程”。
瞬态特性是任何控制系统都要求并高高亦善的性能参数，也是没有顶的。但这不能代替控制的主体即精髓。控制的精髓就是准确的超前量。而这个超前量的获得，并非是计算一下物理摆角使得物体达到位置平衡跟随这么简单。必须既考虑到超前也要考虑到加速度（一个平衡过程可以同时包括正负加速度），还要建立在硬体的能力之上，这就是“预见”特性。

预见性控制方式，在没有计算机高速发展的过去，只能空想，只能是一个纸上谈兵的模型。但现在变得很简单了。
举个例子。
就拿这个车做模型，你忽然在车上施加了一个重物。
显然，任何一个施加外力（重物）都有一个渐变过程，不管这个过程有多短。通过检测载体的物理参数就能得出这个施加重物的所有准确特性，这很关键。由于高速运算的实现，可以在瞬间作出提前平衡动作的反应。就是如此简单。
整个控制是一个系统，不可分割。采用不同的控制手段运算也不相同。至于控制手段那是太多了。不过虽然多，但如果对它们的运用了如指掌，就几乎是“唯一”的。我相信，优秀的东西只有一种，其他只能是良好。

你说的这个大马趴，是存在的。这个也是这种布置的先天不足。但按一个良好的设计方式可以把这个极限拉到最大。到底多大，我没有定量，我都没做过这个车。但可以肯定地说，以普通汽车的速度行驶时，忽然一个急刹车，就会出现一个大马趴。哈

作者: sheji 时间: 2009-5-12 20:51
另外，我不是教师，也就不是老师了。有些称我大师，我听着还算不错，有点像算命的，呵呵
其实怎么称都没必要，只要不用侮辱性的词眼就可以了。

作者: txj 时间: 2009-5-12 21:13
你过分强调了所谓的高速运算，其实，这里首先就不存在预见性控制的概念，就像它不可能提前进行路面扫描，提前感知可能的障碍干扰或者，这里还包括上面载重物（这里当然是人）重力中心的突然变化，因此，它只可能是一个检测误差并进行放大的反馈控制过程。
在这个机电一体化模型里面，不考虑智能化因素，其实一个加权的误差量反馈系统就可以完美的解决这个问题，而且肯定不存在不“稳定”想象，就像我们的开关稳压电源，正确的阻尼将通过反馈稳定在我们希望得到的一个值，而不是在这个值反复震荡的一个脉动电压一个道理。当然如果设计失误，反馈相位出现问题，直接的结果就是震荡。
同样的原理，如果本机器用MCU进行控制，在通过建立合适的程序算法和补偿机制（一个可感知的误差绝对值和时间的关系，所需要的最大补偿量完全可以被一个公式或者表格正确描述），只通过并不大量的计算就完全可以解决本系统的稳定性问题，并不需要所谓高速运算来获得。这里很明显如果程序采用一个冗余不足的模型，在被施加一个外力干扰后，会表现出来回降幅摇摆过程，并最终还是会稳定在正或者负偏差一个合适的位置。而一个好的系统，只是在一个单方向摇摆过后直接回到平衡位置（其实回复过程肯定会有过冲，只是这个量被控制在我们几乎不可感知范围内而已）。

作者: sheji 时间: 2009-5-12 21:50
呵呵，你片面了。我想我如果继续分析你也不会接受。
对机电一体化的产品，必须谨记一个守则：所有控制手段都是配角，电控仅仅是一个分支，运算仅仅是一个环节，真正起作用的是物理作用。

无预见的操控是低级的，不可能达到高级的水准。
事后诸葛亮式的控制就属于无预见性控制。你上面说的就是这一类。无论你采用多巧妙的算法，顶多只能改善算法的及时性、准确性，并不能带来任何预见性效果。预见性只存在于动态数据之上。

你认为你用mcu就能解决问题，我也不影响你的思路了。

作者: sheji 时间: 2009-5-12 21:56
回帖后，我又看了一遍，
“其实，这里首先就不存在预见性控制的概念，就像它不可能提前进行路面扫描，提前感知可能的障碍干扰或者，这里还包括上面载重物（这里当然是人）重力中心的突然变化，因此，它只可能是一个检测误差并进行放大的反馈控制过程。”
你上面这段话是错误的，大错特错。我就说这么多，你慢慢理解吧。你不接受我也不再勉强。

作者: txj 时间: 2009-5-12 22:09
本帖最后由 txj 于 2009-5-12 22:12 编辑

并不是我在故意把问题简单化。
事实上，我了解的，这东西的原型机，就是一个非常普通的DSP芯片。这可是不挣的事实。不知道对此你有什么想法？
这里我非常同意你对某些领域的控制理论的描述，比如预见性控制，就非常合适用在引导导弹命中目标这样一个控制过程中，不过如果你把被感知的误差和事后最合适的控制量之间的模型描述也算做预见性控制那就完全难以理解了。如果你说我上面“其实，这里首先就不存在预见性控制……”那段话是大错特错的，那么难道这机器原型真像你想象的，是提前感知，并进行可预见控制，而不是碰到障碍或者上面的人摇动后，检出误差进行控制？？？？

作者: sheji 时间: 2009-5-13 00:27
这个车事实怎样我不知道。我不习惯探究别人是怎么做的，而习惯于别人的这个功能，我应该怎么去做能够更好的实现，自己去搭建自己的空中楼阁。我这个空中楼阁可非无中生有。但要是换个同义词，也许就变成空想了。
我说“大错特错”，是因为你忽略甚至就没思考过任何状态都是有渐变过程的这个事实，而且竟然还否定了这一过程。准确捕捉这个渐变的过程状态，才有可能高级的解决问题。什么产品都一样，包括精密制导及各种控制方式。换句话说，忽略这个过程的设计顶多只能是普通设计，用再多的技巧也不能使产品上一个档次。

为使我的解释更加易于理解，就引用你上面最后一段话：
“。。。这机器原型真像你想象的，是提前感知，并进行可预见控制，而不是碰到障碍或者上面的人摇动后，检出误差进行控制。。。”
然后我的修正观点：
1、不是提前感知。目前还没听说什么科学手段可以提前感知物质世界的（虽然本人相信预知的存在）。
2、将“碰到障碍或者上面的人摇动【后】”改成“碰到障碍或者上面的人摇动【时】”。
3、把这个【时】放大了来对待。

作者: txj 时间: 2009-5-13 09:21
看来sheji老师不亏为大师级人物，看什么问题都是从宏观来看，而不如我等，解决问题就是着眼于微观过程，不过正因为同样利由，我相信你是真没弄过典型的闭环反馈工控系统。
这里要说明一点的是，所有闭环反馈工控系统对每个瞬态的响应过程，无一不是作为一个连续动态的渐变过程来处理，该过程通常会被描述成一个随时间变化的复合函数，时间的长短其物理意义上代表这瞬态变化的速度和加速度大小的过程，绝对不是你说的把渐变过程忽略甚至不考虑，如果这样，系统的物理模型和程序模型根本无法建立，就是建立起来，系统将不会有阻尼特性和受激震荡的收敛性。
目前，典型的闭环反馈工控系统被成熟并广泛应用于机械的各执行、随动部分。相关资料相信你很容易找到。
到这里，我突然发现，我们的争论似乎变成了一个传统和超现实之间的冲突了，我由衷的希望sheji老师，能够创立一个全新的工控理论并成为经典。

作者: sheji 时间: 2009-5-13 13:14
唉，，你以为没有坚实的控制基础就能够在宏观上看问题，，，这个差距实在是太大了，，就算阁下是国内数一数二的科学家，我也不会把你放在眼里。

跟我谈控制技术，呵呵，我不愿意说了。

作者: io125 时间: 2009-5-15 22:14

作者: 长袖善舞 时间: 2009-6-19 08:20
关键在于外来动量的临介点的设置。以及这个参数的变化时，随动的计算控制执行的精确。

作者: sheji 时间: 2009-6-19 13:13

关键在于外来动量的临介点的设置。以及这个参数的变化时，随动的计算控制执行的精确。
长袖善舞发表于 2009-6-19 08:20

精确是必需的。但采用合适的方案却可以绕开精确这个问题，形似闭环控制。
你不认为“随动”仅仅具有“跟在别人屁股后面跑”的特征吗？这就是低级控制，也就是控制学中最基本的方式。
现代人不都在讲要有超前意识嘛，怎么反而在控制应用中就忽略了超前意识呢。
其实，控制论中早已有关于提前量的应用理论。只是因为硬件能力的滞后而不那么容易实现。而现在花很少的钱就能轻易得到一块高运转中心并可以后期定制，不仅使提前量得以轻松实现，更可以做到仿真提前。
所谓仿真提前，基本上可以解释为预知仿真，但不完全等同，因为含义不全同。

作者: 老顽童 时间: 2009-7-23 06:53

作者: 医生 时间: 2009-11-24 16:26
高手啊！！！！！！

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