两轮自平衡的核心在于同时使用陀螺仪和加速度计，因为单独用任何一个都有缺陷。加速度计虽然能测静态重力加速度来确定倾斜角度，但在动态情况下响应慢且噪声大。而陀螺仪虽然动态性能好，但存在漂移问题，所以两者必须互补使用才能实现对车体姿态的精确检测。
如何利用陀螺仪实现两轮平衡？
陀螺仪还有一个重要的旋进现象，即在初始条件和外在力矩作用下，陀螺在不停自转的同时，还会绕着另一个固定转轴不停地旋转，这被称为回转效应。这个原理在生活中很常见，比如我们小时候玩过的陀螺就体现了这一特性。
虽然通过对角速度积分能得到角度值，但陀螺仪受温度变化、摩擦力等影响会产生漂移误差。哪怕是很小的常值漂移，经过积分运算后也会变成无限大的角度误差，因此绝对不能单独依赖陀螺仪作为自平衡小车唯一的角度传感器。
陀螺仪直接输出的是相对灵敏轴的角速率，通过微控制器每隔很短时间采样一次，采用累加的方法来近似实现积分功能，从而计算出围绕灵敏轴旋转过的角度值。这种采样积分的方式是获取实时角速度的关键步骤。
从定义上看，陀螺仪是利用高速回转体的动量矩来敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴轴的角运动的装置。绕支点高速转动的刚体称为陀螺，通常指质量均匀分布且具有轴对称形状的对称陀螺，其几何对称轴即自转轴。
平衡原理建立在动态稳定基础上，系统利用车体内部的陀螺仪检测角速度变化，结合加速度计检测倾角，通过伺服控制系统精确驱动电机进行调整。这种闭环控制能实时纠正车体姿态，从而保持系统的整体平衡。
加速度传感器在静止时，仅输出作用在加速度灵敏轴上的重力加速度分量值。通过计算各轴上的重力加速度分量，我们可以算出物体在垂直和水平方向上的倾斜角度，这是确定静态平衡状态的重要数据来源。