幾年來，隨著城市越來越擁擠，兩輪自平衡車憑借著它噪音小、能源利用率高，占地面積小、操控簡單、0半徑轉(zhuǎn)彎等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為一種新型時尚的代步工具，有著廣泛的應(yīng)用前景。自平衡車兩輪左右對稱布置，利用加速度計(jì)與陀螺儀互相協(xié)作進(jìn)行前后傾斜角度檢測，同時利用角位移傳感器進(jìn)行自平衡車轉(zhuǎn)向控制桿左右傾斜角度的檢測，并將信息輸出給單片機(jī)，通過相應(yīng)的控制算法計(jì)算出車輛的控制量，用該控制量驅(qū)動電機(jī)工作，完成自平衡車前進(jìn)、后退與轉(zhuǎn)向等動作。駕駛者只需改變身體的重心，自平衡車就會根據(jù)俯仰的方向前進(jìn)或后退，而車輛的速度則與駕駛?cè)松眢w傾斜的程度呈正比。車體的轉(zhuǎn)彎通過車把的左右傾斜角度來控制，不同的傾斜角度對應(yīng)電機(jī)不同的速度差。

自平衡車系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于怎么釆用成本低廉的慣性傳感器進(jìn)行準(zhǔn)確的姿態(tài)檢測與系統(tǒng)控制算法的設(shè)計(jì)。加速度計(jì)信號噪聲大且易受動態(tài)加速度干擾，釆用平滑濾波去噪，可以有效去除噪聲，但仍很容易受到外界加速度影響；陀螺儀很好的消除了動態(tài)加速度的影響，但是隨著陀螺儀的溫漂，積分出的角度會存在很大的偏差；所以單獨(dú)使用陀螺儀或者加速度計(jì)，都不能獲得有效而可靠的信息來保證車輛的平衡，所以釆用互補(bǔ)濾波對陀螺儀和加速度計(jì)輸出信號進(jìn)行融合，可以抑制動態(tài)加速度的干擾和陀螺儀的誤差，但同時輸出的波形存在一定的過沖現(xiàn)象。通過參數(shù)調(diào)整，建立一個系統(tǒng)，可以有效去除過沖現(xiàn)象。通過以上方法，可以準(zhǔn)確并及時的釆集到自平衡車姿態(tài)信息，為控制算法的設(shè)計(jì)奠定良好的基礎(chǔ)。

加速度計(jì)對小車的加速度比較敏感，取瞬時值計(jì)算傾角誤差比較大；而陀螺儀積分得到的角度不受小車加速度的影響，但是隨著時間的增加積分漂移和溫度漂移帶來的誤差比較大。所以這兩個傳感器正好可以彌補(bǔ)相互的缺點(diǎn)。

互補(bǔ)濾波就是在短時間內(nèi)采用陀螺儀得到的角度做為最優(yōu)，定時對加速度采樣來的角度進(jìn)行取平均值來校正陀螺儀的得到的角度。簡言之，短時間內(nèi)用陀螺儀比較準(zhǔn)確，以它為主；長時間用加速度計(jì)比較準(zhǔn)確，這時候加大它的比重，這就是互補(bǔ)了。

加速度計(jì)要濾掉高頻信號，陀螺儀要濾掉低頻信號。

得到陀螺儀的角速度就可以使用四元數(shù)或歐拉法求解姿態(tài)角，然后通過加速度計(jì)的三軸加速度值就可以對姿態(tài)角進(jìn)行融合，這時的姿態(tài)角就基本可用了，然后就可以做你想做的事了。

互補(bǔ)濾波器就是根據(jù)傳感器特性不同，通過不同的濾波器（高通或低通，互補(bǔ)的），然后再相加得到整個頻帶的信號。例如，加速度計(jì)測傾角，其動態(tài)響應(yīng)較慢，在高頻時信號不可用，所以可通過低通抑制高頻；陀螺響應(yīng)快，積分后可測傾角，不過由于零漂等，在低頻段信號不好。通過高通濾波可抑制低頻噪聲。將兩者結(jié)合，就將陀螺和加表的優(yōu)點(diǎn)融合起來，得到在高頻和低頻都較好的信號?；パa(bǔ)濾波需要選擇切換的頻率點(diǎn)，即高通和低通的頻率。