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直立车控制的基础入门教程免费下载
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在阅读我后面逐个讲解直立、速度、转向及机械这一大堆废话之前，我想首先用最通俗的言语和你们讨论直立车到底是如何实现直立、跑动以及转向的。
上图是以我的理解画的简化后的直立小车受力分析图，主要由电池、底盘、车轮以及电机组成。假如我们已经组装了一辆具有机械零位的小车，平衡位置上图所示，也就是这个位置是它能够站起来的状态，如果受外力前倾或者后仰，小车就会倒下。前倾和后仰都是绕车轴旋转，为什么会旋转？其实就是小车合力矩越过了过车轴并垂直地面的支点线。简单的理解可以认为前部分弯矩大于后部分弯矩就往前趴；后部分弯矩大于前部分弯矩就向后仰。我们仔细分析这张图来理解小车是如何稳定的立起来的，这里我就不采用经典的单摆模型去解释了，而是根据上图由系统受力平衡去分析。我们知道弯矩是力矩的一种，即是力和力臂的乘积，小车有机械零位也就是存在除车轮以外无其他部位接触地面时的平衡位置。立起来的小车在外界干扰下偏离此位置时，前后力矩由于力臂长度的改变从而不再相等即打破平衡状态，因此若不引入电机的干扰小车就会倒下。而电机的输出其实是转矩，转矩是什么呢？其实也是一种力矩。转矩除以旋转半径就是力了，也就是我图中电机处浅蓝色的箭头所代表的力，这个力的方向和与电机齿轮啮合的传动齿轮啮合处的切线平行，如果是啮合的很好的齿轮的话那就是分度圆的切线。它的正负方向因电机旋转的方向而改变。因此我们就明白了，小车直立的时候，若是往前倾，电机这个作用于车身上的力就往后拉，若是小车后仰，电机转矩就产生往前拉的力来使小车回到平衡位置而立住。那么小车是如何向前跑的呢？理解了直立，再来理解速度其实就不难了。如果利用直立环的控制将小车立在其机械零位，小车是不会跑的。因为电机的作用就是为了让小车回到这个平衡位置，这个位置的系统受力是平衡的，因此，这个位置只要电机转动就会产生力的作用，从而产生力矩，破坏系统的平衡状态。那么怎样的位置电机转动往前跑小车还能不倒？这个位置就是小车在非机械零位处站住的位置。这是什么意思？我们可以这样理解，比如说我们想要小车立在前倾某个角度的位置，这个时候，我们通过受力分析可以知道，小车前部分的弯矩必将大于后部分的弯矩，直立环要使小车不向前旋转倾倒，电机就得对底盘有力的作用也就是有转矩的输出转化为能够平衡小车向前的合力矩的力矩，于是小车就跑起来了。而关于小车是如何转向的。这就十分简单了，小车两个轮子的转速不同就转向了。这就叫两轮差速转向。值得一提的是，两轮车的转向半径的极限不同于四轮车。四轮车最小转向半径由转向舵机、转向传动安装方法及前轮安装方式有关一般不能太小，最大转向半径理论也是无穷大。两轮车的最小转向半径就是轮距的一半，最大转向半径理论上也是无穷大的。说到这我们其实可以通过限制两轮的转速差对直立车的最小转弯半径做一个限幅，避免转向环节出现极端情况。
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