Моноколесо, уницикл, моноцикл, одноколесный сигвей: промышленный дизайн и причины успеха

Моноколесо — электрический транспорт с боковыми подножками. Вы управляете им смещением тела. Уницикл довезет до работы в час пик, обгоняя пешеходов и загруженный общественный транспорт. По времени это столько же, как и на машине, но без пробок и выхлопов.

Моноцикл — для тех, кто хочет свободно перемещаться по городу, наслаждаясь скоростью, а также ездить по грунтовым дорогам, траве и парку. Вы можете заказать 3D-моделирование моноколеса или любого другого устройства в студии промышленного дизайна КЛОНА.

Как агрегат, у которого всего лишь одно колесо, умудряется стабильно удерживаться на дороге и легко преодолевает неровности?

Почему моноцикл хорошего качества работает без сбоев даже тогда, когда физически поврежден?

Секрет — в новаторской конструкции моноколеса и принципе его работы.

Конструкция моноколеса

1. — Кнопка включения/выключения, индикатор заряда

2. — Аккумулятор и контроллер заряда BMS

3. — Накладка для удобства ног

4. — Шина

5. — Ротор

6. — Обод

7. — Статор

8. — Контроллер

9. — Спицы

10.  — Ось

11.  — Подножки (педали)

Под ручкой, размещенной наверху, находится панель управления. В нее входят:

• разъем для зарядного устройства;
• кнопки вкл/выкл;
• индикатор заряда батареи.

Секрет надежности моноколеса в том, что количество деталей при проектировании сведено к минимуму. Конструкция такова, что не нужно думать о дозаправке, замене масла, смазке редукторов или звездочек.

У всех одноколесных сигвеев три основные части.

1.   Электродвигатель, встроенный в обод, обычно бесщеточный DC.

2.   Аккумуляторная батарея с электроникой на основе платы BMS.

Аккумуляторы, как правило, литий-ионные. С помощью платы BMS можно управлять батареей: отслеживать состояние аккумулятора, контролировать температуру, знать количество зарядок/разрядок.

3.   Контроллер.

Контроллер — мозг уницикла, отвечающий за его устойчивость. Без него вам пришлось бы удерживать равновесие самому, не переставая при этом крутить педали.

Как работает моноколесо

Принцип работы подобен гироскутеру, только с одним колесом.

Читайте также: Гироборд, гироскутер, моноцикл: промышленный дизайн и секреты популярности

Секрет конструкции моноколеса — это система автоматической стабилизации. Гироскопы и акселерометры реагируют на малейшие отклонения от равновесия. Самобалансировка срабатывает, как только вы встаете на педали, а вес распределяется относительно центра уницикла.

Гироскопы отвечают за положение уницикла в пространстве, а датчики Холла — за расположение по отношению к корпусу. После включения питания гироскопы и датчики изменяют момент силы электрического двигателя так, чтобы горизонтальное положение было восстановлено. Поперечное равновесие нормализуется благодаря центробежной силе, которая возникает от наклона колеса в сторону.

Если наклонить корпус вперед, моноколесо будет ехать быстрее, а если назад — медленнее. Поворачивать можно наклоном вправо или влево.

Гироскопы и датчики распознают смещение центра тяжести и передают сигнал контроллеру. Контроллер направляет электричество от аккумулятора на каждый электромагнит.

В уницикле статор с обмотками электромагнитов располагается на оси колеса, а ротор с постоянными магнитами — на ободе. Ротор вращается вокруг статора за счет притягивания магнитов обода электромагнитами оси.

Направление тока меняет полюса магнитов. Одноименные полюса отталкиваются, разноименные притягиваются. Моноколесо движется, когда положение полюсов магнита на статоре и роторе одноименное: north-north или south-south.

Моноколесо с сиденьем

Модели с сиденьем спроектированы для тех, кому утомительно преодолевать дальние расстояния стоя. Электрические одноколесные сигвеи с сиденьем различаются по скорости, емкости аккумулятора и грузоподъемности. Они оснащены большими колесами и мощными двигателями. Механизм самобалансировки реализован с помощью акселерометров и гироскопов.

Двигатель 2800 Вт, батарея EUC мощностью 1800 Wh, скорость 82 км/ч, вес 31 кг.

Моноколесо с рулем и сиденьем

Такой транспорт комфортен, но вес его увеличивается. Эти модели подойдут тем, для кого важна размеренная и безопасная езда. Водитель обретает опору, убирается нагрузка с ног, перераспределяясь на плечевой пояс. 

Этот уницикл более проворен, чем Segway. Вы можете уворачиваться от пешеходов, машин и других препятствий.

Дизайн от аргентинского промышленного дизайнера Рикардо Гутьерреса Бустоса:

• фирменный ярко-оранжевый кузов;
• толстые спортивные шины;
• фары;
• руль;
• самобалансирующиеся гироскопы.

Резервные двигатели находятся в самом колесе, поэтому моноцикл займет места меньше, чем велосипед.

Вы управляете электродвигателями с помощью тела: наклон вперед — ускорение, назад — замедление, поворот — легкие наклоны в сторону.

Диаметр колес 25 дюймов, максимальная нагрузка 118 кг, полностью заряжается за 1,5 часа. Максимальная скорость — 40 км/ч.

Фишка: практически не требует технического обслуживания благодаря закрытому моторному отсеку и электродвигателю RYNO.

Дизайн:

• стальная рама, изготовленная на заказ;
• яркие светодиодные фары из штампованного алюминия;
• полноразмерная мотоциклетная шина;
• протектор, подходящий для тротуара, плитки, ковра;
• бортовой дисплей с подсветкой, где можно увидеть остаток заряда и состояние системы;
• стандартная розетка для подключения смартфона или планшета;
• технология балансировки RYDE-eX;
• два двигателя с батарейным питанием, преобразующие мощность в крутящий момент, достаточный для легкого подъема на крутой холм;
• удобное сидение;
• 24 км без подзарядки;
• дополнительный комплект батарей в багажнике, чтобы кататься весь день.

Разработка концепции дизайна

S-7000 Gyro Bike

На концепт-художника Гэри Джаксона сильно повлиял дизайн гироскопа Хьюго из фильма «Алита: Боевой ангел».

Hornet

У супербайка два шестифазных электродвигателя на водородных топливных элементах. Принцип работы такой же, как у сигвея. Моноколесо гироскопически уравновешивается при парковке благодаря двум расположенным рядом маленьким колесам и наклоняется вперед, чтобы двигаться на центральном колесе при ускорении.

Embrio

Концепция — технологии будущего. EMBRIO Advanced Concept разработан канадской компанией Bombardier Recreational Products. В этой модели датчики и гироскопы удерживают на одном большом колесе до двух пассажиров.

Гоночные модели

Концепция электрического моноцикла для гонок от 3D-художника Жан-Брис Лемаля. Яркие одноколесные сигвеи привлекают внимание, выделяясь на фоне других участников заезда.

Усман

Лаконичный и выразительный моноцикл, с которого невозможно упасть. Принцип минимализма — ничего лишнего, простая палитра цветов. 

Toriyama DragonSeecer

Моноколесо с рулем и сиденьем в стиле манга-сериала Ториямы «Жемчуг дракона».

Superride

Элегантный минималистичный дизайн, светодиодные дисплей и фары. Фишки: электронный звуковой сигнал, съемный аккумулятор, полная зарядка за час от 20 до 100%.

Самое лучшее моноколесо: 8 характеристик, 7 полезных опций

Поговорим о нюансах, на которые стоит обратить внимание при проектировании одноколесного сигвея.

1.   Аккумулятор

От емкости зависит, как долго и быстро вы сможете кататься. Моноколесу для детей достаточно 130 Wh. Моноколесу для взрослых — 240–340 Wh. С такой емкостью вы сможете проехать ≈ 30 км, разгоняясь до 25 км/ч.

При разряженной батарее скорость стремительно падает. Сдвоенные аккумуляторы выгодней, потому что снижается нагрузка на батарею.

Лучшие моноколеса отличаются быстрой зарядкой аккумулятора и продолжительной автономной работой.

Фишка: рекуперативная тормозная система, которая экономит заряд батареи. Аккумулятор подзаряжается:

• при торможении;
• замедлении;
• спуске.

2.   Ручка

Ручка пригодится, когда на пути есть участки, которые нужно пройти пешком, например, лестницы. Конфигурация ручки может быть простой, округлой и прорезиненной, либо как у выдвигаемой рукоятки.

Людям нравятся простые ручки без лишних изгибов, так как они меньше давят на руки.

Фишка: транспортировочная ручка с гироскопом для регулировки угла наклона. С ней не придется прилагать усилия, чтобы затащить моноцикл в метро или торговый центр. Когда вы поднимаетесь, или спускаетесь — нажмите ручку сзади, и девайс закатится сам.

Минус выдвижной встроенной рукоятки — увеличение веса и толщины уницикла.

3.   Подножка и накладки

Материал педали улучшает зацеп ноги, уменьшает соскальзывание. У некоторых моделей в корпусе есть магниты, чтобы зафиксировать сложенные педали.

Резиновые или силиконовые накладки, расположенные по бокам корпуса, помогут зафиксировать колесо при движении.

4.   Подсветка

У этой модели подсветка расположена на LED-ленте по окружности шины. Разноцветными светодиодами можно управлять по Bluetooth.

Интересная деталь — умная фара, у которой переключаются режимы ближнего и дальнего света.

5.   Вес

Моноколесо проектируется как мобильный транспорт, поэтому чем меньше его вес, тем проще переносить. Большие диаметры улучшают проходимость, маленькие обеспечивают лучшую маневренность. На общий вес влияют встроенные аккумуляторы и ручка.

Масса моделей, которыми удобно пользоваться — 12–25 кг. Тем, кто ездит каждый день, но недалеко, подойдет девайс, который весит ≈10 кг. Сигвей весом до 15 кг можно носить с собой и перевозить в общественном транспорте.

Для дальних прогулок проектируются тяжелые колеса с выдвижной ручкой. Эта модель преодолевает бордюры, траву и песок. Вы можете управлять колесом через свой смартфон.

6.   Приложения

В приложениях IPhone/Android для продвинутых колес отображаются статистика и параметры движения, а также выполняются настройки.

Приложение на смартфоне коннектится с колесом Ninebot через Bluetooth. Вы сможете:

• анализировать состояние узлов;
• сохранять технические параметры поездок;
• видеть информацию о скорости;
• заблокировать моноколесо;
• увидеть, что заряд аккумулятора низкий;
• менять интенсивность и цвет подсветки;
• найти друзей по унициклам.

7.   Размер

Моноколеса бывают:

• компакты — диаметр до 14 дюймов, вес до 15 кг;
• тяжеловесы — диаметр до 22 дюймов, вес до 30 кг;
• среднее между первыми двумя.

Компактные колеса лучше маневрируют. Это важно, когда движешься среди пешеходов.

Такие девайсы хороши при посещении магазинов и поездках в общественном транспорте.

Если размер ската менее 10 дюймов — это легкое моноколесо: его удобно переносить, но им сложно управлять.

На 22-дюймовом тяжелом колесе сложно будет маневрировать между людьми на тротуарах. Крупные тяжеловесные колеса удобны в поездках по пересеченной местности или на дальнее расстояние по шоссе.

Чем крупнее колесо, тем оно устойчивее. Вес у него больше, ход плавнее, управление удобней. У моноколес для бездорожья — большой диаметр. Такие гаджеты катаются по грунтовым дорогам и тропинкам, преодолевают холмистые участки.

Моноколесо 14 дюймов легко разворачивается на малой площади, с ними вы сможете перепрыгнуть бордюр или горку.

8.   Мощность

У дешевых моноциклов мощность 350 Вт. Такое колесо может сбросить вас на подъеме. На контроллерах многих моделей есть конденсаторы для того, чтобы увеличить мощность для преодоления бордюра или кочки. 

Для уверенной езды нужно 500–800 Вт. Большая мощность позволит вам взобраться на крутую горку, легче разогнаться или притормозить, а также уверенно двигаться навстречу сильному ветру.

Положение моноколеса меняется в зависимости от того, под каким углом наклоняется тело, и не дает вам упасть. Чем больше мощность, тем больше вероятность, что девайс успеет подстроиться под наклон.

Моноколесам, у которых диаметр от 12 до 14 дюймов, достаточно мощности 800 Вт. Тяжеловесным моделям с диаметром более 22 дюймов потребуется мотор в 1600–2000 Вт.

7 полезных опций

1.   Встроенный USB-порт — можно заряжать другие гаджеты через аккумуляторы колеса.

2.   Bluetooth-колонки, чтобы слушать музыку со смартфона.

3.   Автоматическое выключение моноколеса при его переносе. Достаточно просто взяться за ручку.

4.   Сигнализация и безопасность. Система сообщает, что скорость превысила 12 км/ч, а также глушит мотор при угле наклона 45°.

5.   Пневмоподвеска для движения по неровной поверхности.

6.   Подножка, которую опускают чтобы моноцикл мог стоять.

7.   Страховочные съемные колеса для подножки.

Итоги

Секрет популярности моноцикла — в его конструкции. Не нужно заботиться о смазке, заправке и замене масла. Качественные моноколеса ездят даже тогда, когда корпус физически поврежден, например, при ударе. Причина — при проектировании количество деталей сведено к минимуму.

Чтобы спроектировать лучшее моноколесо важно сопоставить:

• продолжительность поездки;
• вероятность езды по бездорожью;
• стоимость.

Сегмент	Цена, $	Диаметр колеса, дюйм	Запас хода на одном заряде, км	Максимальная скорость, км/ч
Бюджетный	240–600	14	15–35	25–30
Средний	600–1200	16–18	35–90	30–50
Премиум	1200–2875	18–22	90–240	50–80

Создать новое устройство, заточенное под потребности пользователя, вам помогут в студии промышленного дизайна КЛОНА.