自平衡两轮车

在旧金山一栋三层楼的仓库里，自行车停在装有 Macintosh 电脑的办公桌旁。年轻的员工在白板上随意写着笔记，大肆宣扬他们使用颠覆性技术来改变世界。除了锤子敲打的声音和 CNC 铣床的尖叫声之外，Lit Motors 可能是众多初创公司之一，这些初创公司的“颠覆”最终变成了一个衍生概念——“狗粮版 Uber！”但公司创始人 Daniel Kim 和一支 18 人团队发明了一些真正新颖的东西。

Lit Motors 希望将您的汽车缩小一半。

燃油效率对于缓解气候变化至关重要，金墉认为，大多数通勤者开的汽车太多了——尤其是在通勤和购物等日常活动中。摩托车更适合单人出行，但驾驶摩托车比汽车更危险，会暴露在风吹日晒中，而且需要技巧才能保持直立。35 岁的金墉身着牛仔裤和黑色 T 恤，带我们参观了公司的原型解决方案：全电动 C-1。它有两个轮子，像摩托车一样，但外壳由钢和复合材料制成，像汽车一样。他邀请参观者坐在 C-1 里面，左右摇摆。车辆发出稳定的嗡嗡声，保持直立。没有支架支撑它；也没有第三个轮子增加稳定性。“你上次以零时速骑摩托车保持平衡是什么时候？”金墉反问道。“从来没有。”

专利控制系统是 C-1 保持平衡的秘诀，该系统配备两个陀螺仪，它们在驾驶员座椅下方的隔间内旋转。陀螺仪提供扭矩，使车辆无论驾驶员做什么都能保持直立，并在车辆转弯时保持车辆处于精确正确的倾斜角度。

两轮自稳汽车的魅力至少在一个世纪以来一直吸引着汽车设计师，但早期的原型车存在致命缺陷——陀螺仪太大，机械控制系统太粗糙。C-1 采用的是一英尺宽、高速、计算机化技术，即所谓的控制力矩陀螺仪 (CMG)，这种设备主要用于定位太空中的卫星。美国空军航空工程师弗雷德里克·莱夫 (Frederick Leve) 专门研究 CMG，他说，如果 Lit 能够有效且经济地在陆地车辆上部署 CMG，“那将是一个突破。那将是惊人的。”

从一开始，戏剧性就一直是 Lit Motors 的一部分。2004 年，金曾两次从大学辍学，经营着一家汽车定制服务公司。后来，当他躺在路虎车下时，一个 500 磅重的底盘掉下来，差点把他压死。金站了起来，坚信没有人需要这么大的车。为了创造一种更小、更轻的交通工具，他获得了罗德岛设计学院的学位，筹集了 350 万美元的风险投资，并于 2010 年创立了 Lit。

经过几辆原型车的试制，Lit 制造出了 C-1。这款车外观时尚，呈白色，看起来像是经典 iPod 和电影《电子世界争霸战》中轻便摩托车的混合体。在初步道路测试中，C-1 原型车在转弯时保持直立，时速达到 30 英里每小时。成品车的预期规格是 6 秒内从零加速到 60 英里每小时，最高时速 100 英里，续航里程 200 英里，电池体积仅为特斯拉电池的一小部分。

金希望该产品能在两年内上市，但他承认，制造一辆“可以反重力”的汽车并不简单。“没有真正的途径可以学习如何创办自己的汽车公司，”金说，“所以我必须自己动手。”

工作原理

1. 座椅下方的两个陀螺仪以每分钟 5,000 至 12,000 转的速度顺时针旋转。与任何快速旋转的圆盘（如空中飞盘）一样，转子自然保持水平。

2. 支撑陀螺仪的单轴万向节组件可以向前和向后倾斜。向前倾斜时，陀螺仪会产生强大的扭矩，将 C-1 推向左侧。向后倾斜时，飞行器会向右倾斜。

3. 计算机控制的稳定控制模块会改变万向节的倾斜度，以保持 C-1 的平衡。车辆在直行或静止时保持水平，转弯时会倾斜一定角度。

4. 10.4 千瓦时的电池组一次充电可以行驶 150 至 200 英里。

本文最初发表于 2015 年 5 月的《大众科学》 。如需了解更多非凡创新和成为发明家的秘诀，请点击我们发明奖专题的其他部分。