自行车平衡原理
1、无论是人骑行的情况,还是无人状态下的自行车,对平衡保持最为关键的就是车把的转角。车把的转动会导致行驶轨迹曲率半径发生改变,由离心力的作用自动扶正车体。举个简单例子,如果大家留意一下,在直线行驶时,当你发现自行车有想左倾倒的趋势时,你会自动向左转动车把,这时车瞬间向左做圆周运动(曲率半径很大,不易察觉),此时车体由于惯性会向右摆。而后车体重心投影又落回两轮接地点的连线之上,这次平衡算是基本恢复了。
2、再说说无人状态下自行车自动平衡的原理。首先从运动学和动力学角度看,自行车算的上是个复杂的系统,各部分的运动牵连关系比较复杂,两轮对地面又有非完整约束(Nonholonomic constraints,在不考虑轮胎打滑的时候)。在这种前提下并不做简化时,无法写出拉格朗日方程的显式形式,自然对平衡恢复力矩的分析也较为复杂。第一个回答者提到的《科学》中的论文就讨论的这样一件事。他们在尽可能保证模型精确的情况下,在理论上分析了可能影响平衡的各种因素,最终得出之前说的车把转动的影响是主导。另一方面,一些实验也证明了其他因素是可以忽略的。
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