1. 平衡车的原理

控制车体平衡的直观经验来源于日常生活的经验，人通过手的移动控制手心中直立的木棒，若想要使它能保持直立，就要不停的移动手，相当于在木棒不垂直于手心后，通过手的移动来使它垂直于手心。

  控制直立木棒的反馈控制

平衡车就是通过此原理设计出来的，然而控制车体平衡不是通过人为的，而是通过车轮的转动来实现，应用反馈来控制使车体保持平衡。

 车轮运动控制小车平衡

1.1 系统框架设计

    现如今的自平衡车结构种类比较多，但基本都如图3设计的框架[2]。本设计使用如图3的结构，车体主要由两层组成，控制层是核心部分，是主控芯片最小系统所在的层；电池层是用于给整个系统和电机航模锂电池，是动能提供的层；保护层主要是防止主控制器被压坏的亚克力板。每个层都是用铜柱固定，两个黑色的矩形相当于电机，各接着一个轮子，这个模型结构比较简单，却很实用。

   车体框架设计如图 平衡车框架

1.2 受力分析

    当把一不上电的两轮小车放在水平面的时候，车体无法保持直立。这是因为地球存在各种力的原因，使得车体无法直立在水平地面，所以在没有外力的作用下必然会发生向一方倒的现象[3]。

  受力情况

只有在理想的环境下，M车本身的重力与车轴向上Fh支持力的方向才会在同一水平线上，且方向相反。由牛顿第二定律可知：

只有在理想的环境下可处于静止状态的情况。当不是处于理想环境下，空气中存在着阻力、摩擦力，θ角度随时可能改变：

在角度θ开始发生变化时，车轴方向向上的力Fh和本身所受的重力Mg开始偏离处同一垂直线上。这时小车看似倒立摆，通过分解重力可知：此时受力如方式(2)的等式，但还有一个Mgcosθ的水平方向力，合力不为0，小车则有一个加速度移动，故不会自动平衡