共享单车作为一种新兴的交通出行方式,促进了城市交通运行的高效微循环,对缓解城市车辆拥堵成效显著,但由于其功能技术限制,在一定程度上增加了管理难度。为进一步提升共享单车的性能并改进其现有缺陷,本文基于陀螺效应倒立摆及其自行车平衡系统,利用陀螺仪装置的进动效应,设计自行车平衡控制系统,使自行车在无人静、动状态下稳定站立,并具有很强的抗干扰能力;结合图像识别、定位与无线控制等技术,实现共享单车无人驾驶和智能存取。主要研究内容如下:(1)根据自行车的结构特征与陀螺仪的平衡原理及运动学分析,借助于惯性力矩与陀螺仪的进动效应,构建出两种自行车平衡系统,运用拉格朗日方程和欧拉方程建立了相应的数学模型,分别计算出两种平衡系统的动力学方程,确定了各自平衡控制系统的基础控制方程和控制变量,分析比较了自行车两种平衡系统的优缺点,为自行车平衡系统的实际模型研制奠定了良好的理论基础。(2)采用auto CAD、SolidWorks软件与3D打印技术,研制出了两种平衡自行车的完整模型及其控制系统,分别设计了这两种平衡自行车的整体结构、平衡控制器、动力系统、传动系统以及控制系统的软件系统和硬件系统,最终完成平衡自行车模型搭建。经调试与实际运转,实现了自行车模型的静站立与动行走,基本达到了预定的设计目标,为实体自行车的自平衡无人驾驶技术的应用奠定了技术基础。(3)在已研制的平衡自行车模型中,分别结合平衡控制系统的基础控制方程和实际车体结构,确定两种自行车的平衡控制系统。在MATLAB软件中,依据平衡自行车系统的运动学方程构建仿真模型,完成卡尔曼滤波器的仿真分析。首先,确定平衡自行车的控制系统使的核心控制器,并设计控制系统的基本功能模块,完成控制系统硬件部分。然后,使用Keil5.0编程软件设计编写控制系统的控制程序,构成完整的自行车平衡控制系统。对自行车平衡系统进行试验调整,最终使自行车达到预期的平衡状态控制。本文研制的平衡自行车系统达已到设计要求,可以使自行车在无人驾驶的情况下实现稳定竖直站立,并且具有一定的抗干扰能力,在配备其他远程控制技术能实现自行车无人控制。本文对于共享单车行业优化升级有重大意义和,同时为行车无人控制的研究提供了新的研究方向。