几年来，随着城市越来越拥挤，两轮自平衡车凭借着它噪音小、能源利用率高，占地面积小、操控简单、0半径转弯等优点，逐渐成为一种新型时尚的代步工具，有着广泛的应用前景。自平衡车两轮左右对称布置，利用加速度计与陀螺仪互相协作进行前后倾斜角度检测，同时利用角位移传感器进行自平衡车转向控制杆左右倾斜角度的检测，并将信息输出给单片机，通过相应的控制算法计算出车辆的控制量，用该控制量驱动电机工作，完成自平衡车前进、后退与转向等动作。驾驶者只需改变身体的重心，自平衡车就会根据俯仰的方向前进或后退，而车辆的速度则与驾驶人身体倾斜的程度呈正比。车体的转弯通过车把的左右倾斜角度来控制，不同的倾斜角度对应电机不同的速度差。

自平衡车系统设计的难点在于怎么釆用成本低廉的惯性传感器进行准确的姿态检测与系统控制算法的设计。加速度计信号噪声大且易受动态加速度干扰，釆用平滑滤波去噪，可以有效去除噪声，但仍很容易受到外界加速度影响；陀螺仪很好的消除了动态加速度的影响，但是随着陀螺仪的温漂，积分出的角度会存在很大的偏差；所以单独使用陀螺仪或者加速度计，都不能获得有效而可靠的信息来保证车辆的平衡，所以釆用互补滤波对陀螺仪和加速度计输出信号进行融合，可以抑制动态加速度的干扰和陀螺仪的误差，但同时输出的波形存在一定的过冲现象。通过参数调整，建立一个系统，可以有效去除过冲现象。通过以上方法，可以准确并及时的釆集到自平衡车姿态信息，为控制算法的设计奠定良好的基础。

加速度计对小车的加速度比较敏感，取瞬时值计算倾角误差比较大；而陀螺仪积分得到的角度不受小车加速度的影响，但是随着时间的增加积分漂移和温度漂移带来的误差比较大。所以这两个传感器正好可以弥补相互的缺点。

互补滤波就是在短时间内采用陀螺仪得到的角度做为最优，定时对加速度采样来的角度进行取平均值来校正陀螺仪的得到的角度。简言之，短时间内用陀螺仪比较准确，以它为主；长时间用加速度计比较准确，这时候加大它的比重，这就是互补了。

加速度计要滤掉高频信号，陀螺仪要滤掉低频信号。

得到陀螺仪的角速度就可以使用四元数或欧拉法求解姿态角，然后通过加速度计的三轴加速度值就可以对姿态角进行融合，这时的姿态角就基本可用了，然后就可以做你想做的事了。

互补滤波器就是根据传感器特性不同，通过不同的滤波器（高通或低通，互补的），然后再相加得到整个频带的信号。例如，加速度计测倾角，其动态响应较慢，在高频时信号不可用，所以可通过低通抑制高频；陀螺响应快，积分后可测倾角，不过由于零漂等，在低频段信号不好。通过高通滤波可抑制低频噪声。将两者结合，就将陀螺和加表的优点融合起来，得到在高频和低频都较好的信号。互补滤波需要选择切换的频率点，即高通和低通的频率。