两轮自平衡车是一种两轮左右平行布局、由清洁能源驱动、微型计算机控制的智能终端。它的设计突破了传统车静态平衡的概念,具有感知环境,自动态平衡,可实现零半径回转等特点。作为一种新型载人交通工具,双轮平衡车并不具备传统的刹车系统,所以设计一个能够适应不同路面环境,并且稳定的平衡车系统至关重要。近几年来,载人平衡车在市场上取得了飞速的发展,关于载人平衡车的研究成果也大量涌现,但实现其稳定控制的问题始终得不到很好的解决,尤其是在较为复杂的路面环境下。针对这一缺陷,本文基于前人的一套较为稳定的控制方案上,分别对平衡车数学模型、传感器数据融合、平衡车控制算法三个方面做出完善和优化,主要工作如下:1.建立一个较为完整的两轮平衡车数学模型,验证双轮平衡的可行性和稳定性,为车体机械框架结构及电机的选取做出理论指导。2.根据数学模型指导,选取一套重心低,且分布于两轮轴心上方的载人平衡车机械框架,完成车体框架的组装和部分电路的修改。3.加入了视觉功能,将机器视觉信息与传统惯导传感器的数据进行融合,实现了动态的卡尔曼模型对车体姿态的实时预测。4.针对载人平衡车的控制规律,设计一个符合本平衡车系统要求的模糊PD控制器,并移植到平衡车软件控制系平台。最后,分别从车体的自平衡性能、载人驾驶性能、复杂路面下性能,三个方面来设计实验,测试结果表明本文中的优化方案是成立的。总结本文研究成果,与国内高校近三年在载人平衡车研究成果上进行对比,表明本文所设计的双轮载人平衡车控制系统自身是具有一定先进性的。