Перспективы и преимущества совмещения электромобиля и сегвея: вспомним об истории одного изобретения

Перспективы и преимущества совмещения электромобиля и сегвея: вспомним об истории одного изобретения

Материал опубликован в журнале СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА № 2/2023

Средства индивидуальной мобильности с электрическим двигателем популярны как никогда. Одно из них – самобалансирующееся транспортное средство – сегвей. С популярностью сегвеев повсеместно образовались фирмы, специализирующиеся на ремонте и обслуживании устройств с электрической тягой, по той же аналогии, как после появления автоматических стиральных машин выросла сфера ремонтных услуг. Из новаций достойно внимания совмещение сегвея и электромобиля в одном корпусе-капсюле, форм-фактор которой остался компактным и двухколёсным, но инновационное устройство приобрело более безопасный для «водителя» функционал за счёт рамного усиления корпуса. Истории этого вопроса и посвящена статья.

21 год назад, 3 декабря Дин Кеймен (Dean Kamen) из США изобрёл интересное устройство о двух колёсах с площадкой для ног и вертикально поднятой штангой рулевого управления. Устройство получило название «Segway Human Transporter», как говорили в декабре 2001 года на телеканале ABC «Доброе утро, Америка», это была смесь газонокосилки и самоката, позже названная электроскутером. Изобретение одновременно позиционировали как средство передвижения для богатых а, по представлению самого изобретателя, оно должно было заменить и велосипед, и автомобиль, и вообще – о чудо! – изменить весь мир. Сие средство передвижения позиционировалось как индивидуальное для человека весом до 140 кг. Теперь, в 23-м году ХХI века, пользователи сегвеев по всему миру, в том числе россияне, могут оценить и саркастические нападки критиков на изобретателя, и его пророческое мнение: устройство поистине завоевало весь мир. Первый серийный скутер Segway PT был официально представлен публике в 2002-м году. А массовой популярной моделью, сошедшей с конвейера, стала Segway HT i167. Затем была модель i180. Они быстро приобрели огромную популярность. Всего в серийном производстве более 30 моделей. Название Segway происходит от термина segue – из музыкальных понятий, в переводе на русский означает «следовать», «идти за», «плавно переходить». Самокат с электрической тягой и мощным аккумулятором превращает обычного пешехода в продвинутого участника дорожного движения. Устройство позволяет передвигаться дальше, с большей скоростью, но с меньшей затратой физических сил. С одной стороны, «устройство для лентяев» несомненно полезно. С другой – ещё полезнее ходить и передвигаться пешим ходом, чтобы совершенствовать своё физическое здоровье в натуральном движении.

Настойчивый изобретатель

Может быть, не все знают, но Д. Кеймен потратил на оформление изобретения «сегвея» почти декаду лет. Так что не только в любезном нашем Отечестве перспективные разработки в прошлых веках пропадали втуне. Д. Кеймен сообщил мне, что впервые идея сегвея пришла ему в голову в 1991 году. Он справедливо полагал, что людям необходимо использовать быстрые, при этом безопасные для природы – ввиду отсутствия газовых выхлопов – индивидуальные и материально доступные транспортные средства. И такие, способ передвижения на которых не сильно бы отличался от стиля обычной ходьбы по пешеходным дорожкам. У сегвея нет привычного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), руля и тормозов, а также трансмиссии – коробки передач. Вместо ДВС сегвей движется на электрической тяге. Устройство получает электрическую энергию от аккумуляторной батареи и движется на двух колёсах со скоростью до 40 км/ч. Первые модели имели меньшую максимальную скорость, с пределом в 18–20 км/ч, и АКБ с энергоёмкостью, позволяющей покрыть (при условии полной зарядки и штатной, заявленной производителем энергоёмкости) расстояние в 10 км. Современные модели намного превосходят первые разработки и могут покрывать расстояние до 40 км, а удобные разъёмы и адаптеры позволяют заряжать устройство от напряжения осветительной сети 230–240 В за 4–6 часов. Если «отнять» у классического сегвея штангу с держателем (руль), то получившееся устройство можно будет назвать гироскутером. Модели скутеров по устройству и функционалу практически идентичны. Что касается скоростного режима, то электродвигатели – с приводом по количеству колес скутера – выпускаются той же компанией. У модели S3 2 двигателя мощностью каждый по 500 Вт. Максимальная скорость, заявленная производителем, составляет 18 км/ч. Однако скоростной режим намеренно и программно ограничен для безопасности передвижения. Напомню, что в России введены поправки в ПДД, связанные с эксплуатацией электроскутеров, к которым конструктивно относится сегвей. Устройства устойчивы к влаге, на них можно передвигаться и в дождливую погоду. Вес сегвея также «преобразовался»: от 40 кг у первых моделей до 15–18 кг для современных. Во многом вес устройства обусловлен весом АКБ. Современные аккумуляторы за два десятка лет трудом разработчиков значительно усовершенствованы по технологии, энергоёмкости, весу и даже безопасности эксплуатации. Дин Кеймен, как талантливый человек и изобретатель, вместе с коллективом своих коллег заслуженно знаменит и другими разработками. Более 500 зарегистрированных патентов на изобретения. Это был и есть Илон Маск своего времени, от него ожидают как минимум демонстрации грандиозного чуда. Таковы, к примеру, инвалидное кресло iBOT, военный робот на основе той же технологии, сегвей с сиденьем, сегвей для детей (Dareway, упрощённая версия Segway). В своё время специальными сегвеями оснастили часть подразделений армии США и полиции в разных странах мира. Известно, что из-за несовершенства программного обеспечения с сегвея однажды упал Джордж Буш-младший, после чего в Австралии, Великобритании, Германии сегвей на время запретили к эксплуатации на дорогах с присутствием других участников движения. В 2009 году миллионер Джимми Хеселден выкупил компанию Segway, а спустя год, катаясь по своим владениям, не справился с управлением и упал с 24-метрового обрыва в реку. C 2011 года аналоги двухколёсного сегвея массово производятся в КНР. Такими были мини-сегвей Robin-M1, позже вышли Inmotion R1 и другие модели.

Особенности управления

Электронная система управления устройством не претерпела значительных изменений. Система Dynamic Stabilization имеет свои особенности. В первых моделях сегвея устанавливали только 5 гироскопов и электронный контроллер, «опрашивающий» гироскопы-датчики с частотой 100 раз в секунду. Так определялся «уход в сторону» от нейтральной балансировки при изменении положении корпуса пользователя во время движения устройства. Указанной частоты вполне было достаточно. Однако микроконтроллер в современных моделях сегвеев опрашивает датчики с большей частотой, что повышает надёжность и безопасность управления устройством. Микроконтроллер формирует сигнал управления электрическими двигателями, соединёнными с приводом колес. Управление осуществляется плавно, что лишает возможности стартовать с «проворотом» колес, как на автомобилях с неавтоматической КПП. В этом смысле система управления приводом колёс напоминает ту, что задействована в электропоездах, плавный набор скорости. На рис. 1 Дин Кеймен с сегвеем 2001 года, продемонстрированным на телеканале широкому телезрителю. Рис. 1. Внешний вид сегвея 2001 года под управлением изобретателя Д. Кеймена Каждый двигатель имел мощность (тягу), эквивалентную двум л. с. На рис. 2 представлен вид c открытой крышкой корпуса гироскутера производства КНР модели Airwheel S3/S3T. Рис. 2. Вид «электронной начинки» гироскутера производства КНР модели Airwheel S3/S3T В комплекте к такому гироскутеру поставляются 2 беспроводных ключа с технологией Bluetooth, служащие для управления гироскутером. Электрическое самобалансирующееся транспортное средство – персональный транспортёр компании Segway Inc. с двумя колёсами, расположенными по обе стороны от «водителя», внешне напоминающий колесницу, имеет следующие технические характеристики:

  • дальность хода – 40 км,
  • максимальная скорость – 18 км/ч (ограничена, см. выше),
  • мощность двигателей (суммарная) –
  • 1000 Вт,
  • предельный угол наклона – 14°,
  • максимальная нагрузка – 120 кг,
  • диаметр колеса – 14″,
  • масса – 22 кг, размеры – 1280×613×587 мм,
  • АКБ – литий-ионная, энергоёмкостью 520 Вт/ч,
  • время зарядки аккумулятора – 6 ч штатным ЗУ мощностью 60…70 Вт.

На рис. 3 представлена блок-схема основных элементов сегвея. Рис. 3. Схематическое описание основных элементов сегвея Дополнительный функционал: дисплей Bluetooth, LED-подсветка, динамики, пульт управления, приложения для Android и для iOS. Несколько лет назад внедрена разработка беспроводного регулятора, управляющего в том числе скоростью движения.

Эволюция сегвея до электрокапсулы

Различают «городские» сегвеи и «внедорожные» по более мощным колёсам и протектору. Но главная эволюция сегвеев в расширении… кабины. Два года назад появились устройства с тем же принципом действия гироскопов – штангой управления, в форме двухместных двухколёсных транспортных средств, напоминающих капсулу. Такова совместная разработка Segway и General Motors – с объединением преимуществ электромобиля и сегвея. Условно новый вид пока не очень распространён в России, однако ничто не мешает этому. Подобные устройства продаются в Финляндии – этому я свидетель, – а также в США и по всему миру. Двухместная коляска имеет динамическую балансировку, передвигается на электрической тяге, но оснащена рамой и кабиной на двух человек, скорость достигает 60 км/ч. Это один из новых видов индивидуального электротранспорта завтрашнего дня. На рис. 4 представлена мотоколяска-капсула PUMA. Рис. 4. Внешний вид мотоколяски PUMA В передней части капсула имеет два «страховочных» колеса диаметром 12 см, для устойчивости на парковке. Электроколяска PUMA (Personal Urban Mobility and Accessibility) впервые представлена на Международном автосалоне в Нью-Йорке 2012 года в экспериментальном варианте (рис. 5). Рис. 5. PUMA на Международном автосалоне в Нью-Йорке 2012 года Она позволяет двигаться экономично – на электротяге. Безопасность электрокапсулы основана на алгоритме, просчитывающем углы наклона для возможности безопасного ускорения и торможения. GM-Segway PUMA на одной зарядке АКБ покрывает расстояние почти в 50 км. Концептуально это устройство весьма перспективно. За декаду лет с помощью инженерной мысли совместные проекты двух известных американских фирм породили несколько разных форм капсул, к примеру, такие как на рис. 6. Рис. 6. Промежуточный вариант капсулы на основе сегвея Подзарядить такой электромобиль можно будет за 20–30 минут. Не то что пионерскую модель 2001 года сегвея Дина Кеймена. Одновременно разработчики доводят модель к массовому производству по разным направлениям, отдельным проектом разрабатывается одно- и двухместные «капсулы» для лиц с ограниченными возможностями здоровья. Конвейерный выпуск электрокапсул (разных моделей) намечен на весну 2023 года. В 2014 году одну из бывших компаний Кеймена выкупила китайская фирма, сохранив производство в США, до последнего времени оно там и было, теперь – в КНР. Сегвеи продолжают выпускаться и продаваться. Конструкторы в КНР и США сейчас не горят желанием общаться по этому поводу с журналистами и ограничиваются скупыми пресс-релизами даже на мои запросы. В секрете держатся и технические подробности. Однако это логично и понятно свидетельствует об ответственной работе над инновационным вариантом сегвея, чтобы в результате одномоментно объявить «революцию» индивидуальных мобильных средств передвижения на электротяге. К слову, в таком стиле «тайны» угадывается поведение самого «первоизобретателя» Кейми, и вот почему. В январе 2001 года, выступая по национальному телевидению США, 49-летний изобретатель сказал (дословно): – Я пока молчу, но настанет время, и я вам покажу такое, что перевернёт весь мир. Затем перед телезрителями выступил один из отцов Apple Стив Джобс и сказал: – Вот он пока молчит, но настанет время, и он вам покажет такое, что перевернёт весь мир и заставит в будущем строить города с учётом этого… Эта краткая ремарка много говорит о связи между людьми и явлениями. Действительно, ведь в революционном принципе передвижения, использованном в самокатах Segway, кроется огромный потенциал, и его вполне можно приспособить к индивидуальным транспортным средствам завтрашнего дня.

Литература

  1. Кашкаров А.П. Сигнализатор наклона автомобиля на основе электронного гироскопа // Радиолюбитель. 2007. № 5. С. 20.
  2. Кашкаров А.П. Электронный гидроуровень // Радиомир. 2008. № 2. С. 42.
  3. URL: https://electrotransport.ru/ussr/index.php?topic=37552.1656.
  4. URL: https://motocafe.ru/moto-news/1214–gm-segway-puma.html (фото).
  5. URL: https://carsweek.ru/news/News_in_the_world/1216086/ (фото).
  6. URL: https://cont.ws/@sam8807/1723132.
  7. URL: https://news.myseldon.com/ru/news/index/232137826.