Перспективы и преимущества совмещения электромобиля и сегвея: история одного изобретения

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.