两轮自平衡电动车是一种新型的交通工具,它一改电动自行车和摩托车车轮前后排列方式,而是采用两轮并排固定的方式,这种结构将给人们带来一种全新的驾驭感受。两轮自平衡电动车仅靠两个轮子支撑车体,采用蓄电池提供动力,由两个直流无刷电动机驱动,采用多处理器、姿态感知系统、控制算法及车体机械装置共同协调控制车体的平衡,仅靠人体重心的改变便可以实现车辆的启动、加速、减速、停止等动作。本文对国内外的两轮自平衡电动车的研究现状加以总结,并提出两轮自平衡电动车的设计过程中所涉及到的关键技术问题。本文以两轮自平衡电动车为研究对象,对其设计方法进行了详细地介绍。针对传统的立式两轮自平衡电动车在安全性及舒适性方面的不足,设计出了一种新式的机械结构,使得两轮自平衡电动车更具安全性,并且缓解了由于长时间驾驶给驾驶者带来的疲劳感。两轮自平衡电动车采用多处理器协同工作的硬件模式,通过对其硬件系统进行设计与调试,满足了电动车系统的控制要求。为了确定电动车运动姿态,设计了以硅微陀螺仪和加速计为传感器的姿态感知系统,并针对其传感器的误差模型,提出了利用卡尔曼滤波(Kalman filter)对电动车车体姿态进行最优估计的方法,此种方法可提高两轮自平衡电动车的控制精度。两轮自平衡电动车的所有运动方式都以平衡控制为前提,因此,平衡控制是两轮自平衡电动车运动中的关键。本文利用拉格朗日方程建立了两轮自平衡电动车的动力学模型,并在此基础上设计了基于线性二次型最优调节器(LQR)的自平衡控制器,以此实现电动车的平衡控制。针对两轮自平衡电动车的控制系统响应快、任务多等特点,设计出了基于μC/OS-II操作系统的控制系统软件,使得系统的实时性得到了很大程度地提高。