一种自平衡的两轮汽车

2015年度发明奖十大杰出创新之一
2015年度发明奖获奖者 类别:汽车
发明人 Daniel Kim
公司 Lit Motors
发明 C-1
迄今开发成本 350万美元
成熟度 2/5

在旧金山一栋三层高的仓库里,自行车摆放在麦金塔电脑桌旁边。年轻的员工们在白板上涂鸦,并且免不了要吹嘘自己正在使用颠覆性技术改变世界。除了锤子的敲打声和数控铣床的尖叫声,Lit Motors可能是众多“颠覆”最终却只是个衍生想法的初创公司之一——“专为宠物零食设计的Uber!”但公司创始人Daniel Kim和他的18人团队发明了真正新颖的东西。

Lit Motors想要将你的汽车一分为二。

随着燃油效率对缓解气候变化至关重要,Kim认为大多数通勤者都开着绰绰有余的汽车——尤其是在通勤和买菜等日常活动中。摩托车对单人出行更合理,但它们比汽车更危险,会让骑行者暴露在风雨中,并且需要技巧才能保持平衡。35岁的Kim穿着牛仔裤和黑色T恤,带领我们参观了公司的原型解决方案:全电动C-1。它有两个轮子,像摩托车,但拥有钢制和复合材料的外壳,像汽车。他邀请访客坐进C-1里,并尝试左右摇晃。这款车辆发出稳定的嗡嗡声,保持直立。没有支架支撑它;也没有第三个轮子增加稳定性。“你最后一次在时速为零的摩托车上保持平衡是什么时候?”Kim反问道。“从来没有。”

一项专利控制系统,配备了两个安装在驾驶员座椅下方的陀螺仪,是C-1能够保持平衡的秘密。无论驾驶员做什么,陀螺仪都能提供扭矩,使车辆保持直立,并在车辆转弯时保持恰到好处的倾斜角度。

一个两轮、自稳定的汽车的吸引力至少已经困扰了汽车设计师一个世纪,但早期的原型都存在致命缺陷——陀螺仪太大,机械控制系统太粗糙。C-1转而采用了类似控制力矩陀螺仪(CMG)的、宽度约一英尺、高速、计算机化的技术,这种技术主要用于太空卫星的定位。美国空军专攻CMG的航空航天工程师Frederick Leve表示,如果Lit能够有效地、负担得起地将CMG应用于陆地车辆,“这将是一个突破。这将是戏剧性的。”

戏剧性从一开始就伴随着Lit Motors。2004年,Kim是一名两次退学的大学生,经营着一家汽车定制服务。然后,当他躺在一辆路虎下面时,一个500磅的底盘掉了下来,几乎将他压扁。Kim站起来,坚信没有人需要那么大的汽车。为了创造一种更小、更轻的交通工具,他获得了罗德岛设计学院的学位,筹集了350万美元的风险投资,并于2010年创立了Lit。

经过几个原型之后,Lit推出了C-1。它造型流畅,通体洁白,看起来像经典iPod和电影《创世纪》中的光轮跑车的结合体。在初步的道路测试中,C-1原型在转弯时保持直立,并且达到了30英里/小时的速度。成品车辆的计划规格是0到60英里/小时在六秒或更短时间内完成,最高速度100英里/小时,续航里程200英里,由一个比特斯拉电池尺寸小得多的电池供电。

Kim希望该产品能在两年内上市,但他也承认,创造一个“能够挑战重力”的车辆的道路并不简单。“没有真正的经验可以遵循如何创办自己的汽车公司,”Kim说,“所以我必须自己摸索。”

工作原理

Lit Motors供图
  1. 位于座椅下方的两个陀螺仪以每分钟5000到12000转的速度顺时针旋转。就像任何快速旋转的圆盘一样,比如飞盘,转子自然会保持水平。

  2. 固定陀螺仪的单轴万向节组件可以前后倾斜。向前倾斜时,陀螺仪会产生强大的扭矩,将C-1向左推。向后倾斜时,车辆会向右倾斜。

  3. 计算机化的稳定控制模块会改变万向节的倾斜角度,以保持C-1的平衡。车辆在直线行驶或静止时保持水平,在转弯时会倾斜一定角度。

  4. 一个10.4千瓦时的电池组一次充电可续航150至200英里。

本文最初发表于 2015 年 5 月的《大众科学》杂志。要了解更多非凡的创新和发明技巧,请浏览我们的“发明奖”专题的其余部分。

 

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