Ein elektrisches Einrad ist ein selbstausgleichender Personentransporter mit einem einzigen Rad. Der Fahrer steuert die Geschwindigkeit, indem er sich vorwärts oder rückwärts lehnt, und steuert, indem er das Gerät mit den Füßen verdreht. Der Selbstausgleichsmechanismus verwendet Gyroskope, Beschleunigungsmesser, ähnlich wie beim Segway PT.

Theorie der Arbeitsweise
Das Problem der Schaffung eines selbstbalancierten Einrads, eines in allen drei Dimensionen ausbalancierten selbstfahrenden Einrads, ist ein interessantes Problem in der Robotik und der Steuerungstheorie. Die theoretische Arbeit am Einradproblem wird durch die Arbeit beim Bau von wirklich mechanisch montierten Einrädern ergänzt.

Erstens kann ein selbstbalanciertes Einrad als ein nichtlineares Steuersystem betrachtet werden, das einem zweidimensionalen umgekehrten Pendel mit einem Einradwagen an der Basis ähnelt. Es gibt jedoch viele Effekte höherer Ordnung, die an der Modellierung des Gesamtsystems beteiligt sind. Die Drehung des Antriebsrads selbst kann eine eindimensionale Steuerung (dh vorwärts und rückwärts) bereitstellen: Die Steuerung in anderen Dimensionen erfordert im Allgemeinen andere Stellglieder, wie Zusatzpendel, Reaktionsräder oder eine am Hauptpendel des Einrads angebrachte Drehmomentsteuerung.

Die meisten kommerziellen Einheiten sind nur in Fahrtrichtung selbstausgleichend (einzelne Achse), wobei die seitliche Stabilität vom Fahrer gewährleistet wird. komplexere, vollständig selbstausgleichende Zweiachsgeräte müssen sich auch von Seite zu Seite selbst ausgleichen. Die Steuermechanismen beider verwenden Steuermoment-Gyroskope, Reaktionsräder und / oder Zusatzpendel und können als invertiertes Pendel betrachtet werden.

Konstruktion

Aussehen
Das Rad befindet sich in einem Kunststoffgehäuse mit einem Griff zum Tragen des Geräts. Auf der Oberseite befinden sich eine Ein / Aus-Taste, eine Akkuladeanzeige und ein Ladeanschluss. Rechts und links gibt es symmetrisch zwei Stufen, auf denen der Fahrer steht. Trittbretter bei monokolos entwickeln sich in der Regel für den bequemen Transport des Geräts. Im Inneren befindet sich ein leistungsstarker Elektromotor (250-2000 Watt), die Gyroskope, die das Unruhrad halten, und wiederaufladbare Batterien. Das Monowheel hat weder die Rückseite noch die Vorderseite, die Bedienung des Gerätes ist völlig symmetrisch.

Das Prinzip der Arbeit
Wenn der Strom eingeschaltet ist, ändern elektronische Gyroskope und Beschleunigungsmesser das Drehmoment des Motors, so dass das durch das Pedal durch die Pedale gekippte Radgehäuse die horizontale Position wiederherstellt. Das Längsgleichgewicht wird erreicht, indem das Gerät unter dem Schwerpunkt (dem Fahrer mit einem Monowheel) „angefahren“ wird, und das dynamische Quergleichgewicht ist auf die Fliehkraft der Drehung zurückzuführen, die auftritt, wenn das Rad zu den Seiten gekippt wird. Somit wird das Monowheel durch Bewegen des Schwerpunkts (Neigen des Körpers) nach vorne, nach hinten und zur Seite gesteuert. Bei einem Punkt muss sich der Benutzer des Geräts auf ein Bein stützen.

Lernen
Im Gegensatz zu anderen Personenfahrzeugen, z. B. Elektroroller und Segway, erfordert das Monowheel mehr Trainingszeit. Einige frühe Modelle von Monorädern waren mit zwei Rädern sowie zusätzlichen abnehmbaren Rädern für Pedale ausgestattet, um das Training zu vereinfachen. Dieser Ansatz fand jedoch keine breite Anwendung. Es ist notwendig, die Fähigkeiten in der Reihenfolge ihrer Priorität zu konsolidieren: Steigen Sie auf die Pedale und steigen Sie ab (steuern Sie das Rad mit einem Fuß), nehmen Sie die Geschwindigkeit auf und bremsen Sie (verlagern Sie den Schwerpunkt), lenken Sie, um das Quergleichgewicht aufrecht zu erhalten, und drehen Sie. Das Training dauert von einer Stunde (mit einem erfahrenen Assistenten) bis zu 2-3 Tagen (völlig unabhängig).

Geschichte

Frühes Experimentieren
Ein Handkraft-Monowheel wurde 1869 von Richard C. Hemming mit einer 1885 patentierten Pedal-Power-Einheit patentiert. Verschiedene motorisierte Monowheels wurden in den 1930er Jahren ohne kommerziellen Erfolg entwickelt und demonstriert, und Charles F. Taylor erhielt ein Patent für ein ‚Fahrzeug‘ ein einziges Stütz- und Antriebsrad ‚im Jahr 1964 nach 25-jährigem Experimentieren.

Eigenschaften
Heute gibt es viele verschiedene Modelle von Monoklaces. Die meisten von ihnen haben ähnliche Parameter:

Gewicht: 8,5-29 kg
Höchstgeschwindigkeit: 10—50 km / h
Fahrstrecke pro Ladung: 10-240 km
Raddurchmesser: 10, 12, 14, 16, 18, 22 Zoll.
Optional: Bluetooth-Lautsprecher, Kommunikation mit einem Smartphone zur Anzeige von Geschwindigkeit, Leistung und Akkuladung, zum Einstellen von Einschränkungen, Leuchten.

Sicherheit
In einigen Ländern können Elektroroller, einschließlich Monowheels, nicht auf Autobahnen verwendet werden. Die Verwendung von Monowheels erfordert wegen der Sturzgefahr das Tragen von Schutzausrüstung für Rollschuhe.

In Russland ist das Fahren auf einem Monowheel einem Fußgänger gleich

Die Gefahr, mit einem Monowheel zu fahren, stößt auf ein Hindernis: In diesem Fall verlangsamt sich das Rad dramatisch und hält nicht mit dem durch die Trägheit nach vorne geneigten Fahrer mit, was dazu führt, dass er herunterfällt. Unter diesem Gesichtspunkt sind die stärksten Mono-Räder die sichersten, da das Rad durch die hohe Momentan-Kraft stark beschleunigt und unter der nach vorne neigenden Person „hochgefahren“ wird.

Eine weitere Gefahr ist eine starke Beschleunigung / Neigung nach vorne, insbesondere wenn das Monowheel bereits mit maximaler Geschwindigkeit fährt. Beim Arbeiten am Limit hat es keine Zeit, noch mehr Leistung zu entwickeln, und schaltet sich aus. Je höher die entwickelte Geschwindigkeit ist, desto gefährlicher ist das Rad während der starken Beschleunigung bei hoher Geschwindigkeit. Dies wird nur durch die Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit in Kombination mit der Überkapazität einiger Modelle kompensiert.

Dank einer einfachen Konstruktion, bei der es keine große Anzahl mechanischer Komponenten gibt, ist das Monowheel dennoch sicherer als beispielsweise ein elektrischer Roller, wodurch Sie eine hohe Geschwindigkeit entwickeln können, die oft das Lenkrad bricht. Fallen die Achsen des Klappmechanismus, Stoßdämpfer zusammen, ist der Raddurchmesser kleiner, was sich auch negativ auswirkt, wenn das Rad auch in kleinen Gruben gerät und auf Hindernisse trifft. Darüber hinaus sorgt die Sicherheit des Monowheel für eine erstaunliche Manövrierfähigkeit, die mit keinem anderen Fahrzeug derselben Klasse verglichen werden kann.

Vermarktung
Im Jahr 2003 kündigte Bombardier ein Konzept für ein solches als Sportfahrzeug verwendetes Gerät an, den Embrio. Im September 2004 demonstrierte Trevor Blackwell ein funktionales selbstbalancierendes Einrad, das den Steuermechanismus ähnlich dem Segway PT verwendete und die Entwürfe als Eunicycle veröffentlichte. Im November 2006 reichten Janick und Marc Simeray ein US-Patent für ein kompaktes Gerät für sitzlose Personen ein. 2008 demonstrierte RYNO Motors seine Prototypeinheit. Im Januar 2009 demonstriert Focus Designs dem Segway-Erfinder ein elektrisches Einrad. Im Oktober 2010 veröffentlichte Focus Designs ein Video von einem elektrischen Einrad mit Nabenmotor und einem Sitz.

Shane Chen von Inventist brachte im Februar 2011 das kompakte, sitzlose ‚Solowheel‘ auf den Markt und schloss im darauffolgenden Monat einen Lizenzvertrag mit den Simeray-Brüdern ab und meldete ein Patent in Bezug auf das Gerät, das von den Simeray-Brüdern in einem verwandten Patent angemeldet wurde, der 2015 eingereicht wurde .

Ende 2015 patentierte die Ford Motor Company ein „selbstfahrendes Einrad mit Fahrzeug“, das für Last-Mile-Pendler gedacht war.

Im April 2018 veröffentlicht Ryno Motors ein Video über die Erfindung eines Motorrads mit Einzelrad.

Popkultur
Ein selbstbalancierendes Einrad wurde 1969 in The Man From ROBOT beschrieben, einer Kurzgeschichte des Science-Fiction-Autors Harry Harrison.
Fenton Crackshell, eine Disney-Figur, trägt einen Roboter-Einradanzug als Gizmoduck.
Demolishor, ein Decepticon aus dem 2009er Transformers-Nachfolger, dessen Robotermodus ein gigantischer Roboter-Einrad ist.
Die „Tumblebugs“ in The Roads Must Roll
Der Protagonist im Flash-Browsergame Little Wheel.
In The Lorax verwendet der Protagonist Ted Wiggins ein selbstbalancierendes Einrad mit Lenker.
Thor, erfundener Erfinder des Rades und des Kamms, des Comicstrips BC.
Securitrons von Fallout: New Vegas.