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半徑轉彎等優(yōu)點，逐漸成為一種新型時尚的代步工具，有著廣泛的應用前景。自平衡車兩輪左右對稱布置，利用加速度計與陀螺儀互相協作進行前后傾斜角度檢測，同時利用角位移傳感器進行自平衡車轉向控制桿左右傾斜角度的檢測，并將信息輸出給單片機，通過相應的控制算法計算出車輛的控制量，用該控制量驅動電機工作，完成自平衡車前進、后退與轉向等動作。駕駛者只需改變身體的重心，自平衡車就會根據俯仰的方向前進或后退，而車輛的速度則與駕駛人身體傾斜的程度呈正比。車體的轉彎通過車把的左右傾斜角度來控制，不同的傾斜角度對應電機不同的速度差。

自平衡車系統(tǒng)設計的難點在于怎么釆用成本低廉的慣性傳感器進行準確的姿態(tài)檢測與系統(tǒng)控制算法的設計。加速度計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；所以單獨使用陀螺儀或者加速度計，都不能獲得有效而可靠的信息來保證車輛的平衡，所以釆用互補濾波對陀螺儀和加速度計輸出信號進行融合，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象。通過參數調整，建立一個系統(tǒng)，可以有效去除過沖現象。通過以上方法，可以準確并及時的釆集到自平衡車姿態(tài)信息，為控制算法的設計奠定良好的基礎。

加速度計對小車的加速度比較敏感，取瞬時值計算傾角誤差比較大；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相互的缺點。

互補濾波就是在短時間內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行取平均值來校正陀螺儀的得到的角度。簡言之，短時間內用陀螺儀比較準確，以它為主；長時間用加速度計比較準確，這時候加大它的比重，這就是互補了。

加速度計要濾掉高頻信號，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或歐拉法求解姿態(tài)角，然后通過加速度計的三軸加速度值就可以對姿態(tài)角進行融合，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。

互補濾波器就是根據傳感器特性不同，通過不同的濾波器（高通或低通，互補的），然后再相加得到整個頻帶的信號。例如，加速度計測傾角，其動態(tài)響應較慢，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。將兩者結合，就將陀螺和加表的優(yōu)點融合起來，得到在高頻和低頻都較好的信號。互補濾波需要選擇切換的頻率點，即高通和低通的頻率。