一、引言

1986年，日本电通大学的山藤一雄教授首先提出了双轮自平衡小车的概念，而且制作了自称为平衡自行车的自平衡机器人。该机器人只能在两个平行的直杆上移动，没有太大的自由移动能力。2002年，美国Segway公司推出了Segway HT两轮直立自平衡电动车，将平衡车运用于实际生活中。201 1年12月，”飞思卡尔”智能汽车竞赛开始加入直立小车，并刊发了直立行车参考方案[1]。

随着科学技术水平的不断进步，交通工具正朝着小型、节能、环保的方向发展，”电动车”正是在这个背景下孕育而生并为人们所熟识。据不完全统计，我国的电动车保有量已超过1．2亿辆，是增长速度最快的交通工具。随着石油储量的不断减少和人们环保意识的增强，”电动车”无疑将成为未来交通工具的主力军。就目前而言，电动车的种类主要有电动白行车、电动摩托车和电动汽车。由于电动机制造水平的提高，尤其是大功率直流无刷电动机制造工艺的成熟，带动了电动自行车和电动摩托车行业的飞速发展。同时，人们也根据两轮自平衡机器人工作原理，设计出了一些新式电动车#8212;#8212; 两轮自平衡电动车。它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，由电动机驱动，采用微处理器、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、停止等功能[2]。

二、平衡车的发展历史

两轮自平衡小车的相关研究始于1987年，两轮自平衡系统首先是由日本学者 由日本东京电信大学自动化系的山藤一雄教授提出类似的设计思想。1986年，该国的Kazuo Yamafu ji教授突发奇想设计了一个两轮同轴、重心高高在上的模型。在这个模型中，电机和控制芯片设计在上部，靠很多个陀螺仪来监测模型的姿态。受当时计算机和传感器技术的限制，Kazuo Yamafu ji的两轮自平衡模型只能沿着事先设置好的轨道行驶。而无法完成预期的目标，但随着研究的不断深入和技术的不断发展，取得了一定的成果。

美国发明家Dean Kaman于1995年开始秘密研制，直到2001年12月才将这项高度机密的新发明公布出来，2003年3月正式在美国上市。它的工作原理主要是建立在一种与人体的平衡能力相似的，被称为”动态稳定” 主要通过内置的精密固态陀螺仪、倾斜传感器以每秒100次的频率来判断车体姿态，测出驾驶者重心，透过精密 且高速的中央微处理器计算出适当的指令后，通过驱动马达来做到动态平衡的效果。以每秒高频次的频率进行细微调整，不管什么状态和地形都能自动保持平衡。假设我们以站在车上的驾驶人与车辆的总体重心纵轴作为参考线。当这条轴线发生偏折时，系统会自动平衡[2]。

当今时代不少国家都对两轮自平衡系统的研究有了更深入的研究。2002年，美国的Dan Piponi设计的机器人只适用于平坦路线。同年，瑞士以Felix Grasser为首的一个研究小组制作设计了一个钢结构的可以远程控制的两轮自平衡机器人，实验结果令人满意。美国科学家David P.Anderson研发的两轮自平衡机器人。比如通过控制可实现其本身的零半径回转，可实现更为复杂的运行环境。

2005年，自行车系统的平衡控制理论取得突破。日本的村田制作所向公众展示了其最新研究。随后的几年时间里两轮自平衡车无论是其控制系统还是机械结构的优化选择方面都取得了长足的发展。

三、我国对两轮平衡车的研究现状