在前不久舉辦的第14屆北京國際車展上，一輛看起來普通，甚至有些“丑陋”的小車出現(xiàn)在量產(chǎn)車云集的展館里，它看上去是那么的不起眼。
然而，這輛擁有著樸實(shí)外表的“丑小車”本事卻不小。它是世界上第一輛無人駕駛大學(xué)生方程式賽車，目前已經(jīng)初步具備獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動穩(wěn)定性控制、第一視角遙控、環(huán)境感知與行人跟蹤以及自主行駛四大核心技術(shù)。
甚至，“丑小車”的某些關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。例如，遙控行駛零至百公里/時(shí)加速僅需3秒，半自主駕駛最大縱向加速度達(dá)到0.9G，最大側(cè)向加速度達(dá)到2G。
在這輛“霸氣側(cè)漏”的“丑小車”背后，是一支由74名北理工學(xué)生組成的無人賽車隊(duì)。這群年輕學(xué)生經(jīng)過3個(gè)月的探索和試驗(yàn)，于今年1月造出了這輛擁有著“世界第一”的“原理驗(yàn)證車”。
今年3月，在指導(dǎo)教師胡紀(jì)濱的帶領(lǐng)下，他們開始研發(fā)一輛尺寸更大、外觀更精美的無人車——“地面航母”。這艘“地面航母”無人車身上將被設(shè)計(jì)一個(gè)云臺搭載無人機(jī)，內(nèi)部放置一個(gè)可自由出入的小型機(jī)器人，讓作“眼睛”的無人機(jī)與無人車協(xié)同起來。不僅如此，這艘“地面航母”還采用了四輪轂電機(jī)驅(qū)動、全輪轉(zhuǎn)向、主動懸架、第一視角遙控等尖端技術(shù)。
德國賽場受刺激，回國造“丑小車”
關(guān)超文是北理工無人賽車車隊(duì)隊(duì)長、該校機(jī)械與車輛學(xué)院研究生二年級的學(xué)生。談及“丑小車”的誕生，他坦言，之所以下決心要造出這輛無人賽車，很大程度上是因?yàn)樵诘聡荣惼陂g“受了刺激”。
原來，去年8月，關(guān)超文和幾名隊(duì)友一起帶著一輛電車去德國參加大學(xué)生方程式汽車大賽。在比賽現(xiàn)場，關(guān)超文發(fā)現(xiàn)，德國的電車技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了世界頂尖水平，相比之下，自己的電車有些“落后”了。
“當(dāng)時(shí)，我們遭到了嘲笑。我們暗自下定決心，必須在無人駕駛尖端技術(shù)方面，實(shí)現(xiàn)彎道超車，明年8月如果還有機(jī)會來德國參賽，一定要弄一輛無人賽車出來，給他們看看。”關(guān)超文說。
回到學(xué)校，隊(duì)員們選擇了一輛由北理工于2013年推出的“銀鯊二代”電動賽車，以現(xiàn)有架構(gòu)為基礎(chǔ)，對其進(jìn)行“無人化”改造，實(shí)現(xiàn)自主駕駛的無人賽車。
他們嘗試著先切斷感知渠道，給定一個(gè)路徑，看無人車怎樣能跑得快，純粹研究無人動力學(xué)問題。
“形象地說，就是把賽車變成‘跑得很快的瞎子’，他腦子里知道自己需要沿著哪條道路走，但不知道會在沿途碰上哪些障礙物，遇到哪些情況。因?yàn)橘惖酪话愣际乔蹇盏模朴诶硐肼窙r，所以是試驗(yàn)的最佳環(huán)境。”隊(duì)員們解釋說。
去年10月，他們以“無人賽車隊(duì)”的名義面向全校各學(xué)院招收了50多位本科生和碩士生，正式組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開始了無人賽車制造工作。
“從開始到‘落地’的3個(gè)月時(shí)間里，每一步都走得比較艱難，對每一項(xiàng)技術(shù)難題的克服都不是很順利。”隊(duì)員們說。
隊(duì)員們提到，解決問題的第一步是要順利實(shí)現(xiàn)遙控行駛技術(shù)，確保機(jī)械系統(tǒng)和信號系統(tǒng)的各項(xiàng)設(shè)備質(zhì)量均已過關(guān)，“遙控試驗(yàn)是一個(gè)費(fèi)時(shí)間、考驗(yàn)?zāi)托牡植豢赡鼙惶^的階段，挺難熬的”。
而遙控試驗(yàn)階段涉及的核心技術(shù)即是第一視角遙控技術(shù)。用通俗的話來形容，第一視角遙控技術(shù)是讓賽車上的攝像頭把賽車實(shí)時(shí)影像發(fā)送到電腦上，操作者坐在電腦前，通過電腦屏幕觀察賽車的實(shí)時(shí)狀態(tài)，然后根據(jù)觀察到的情況用遙控設(shè)施對賽車的行駛路徑進(jìn)行控制和調(diào)整。
目前該賽車已經(jīng)能夠非常順利地實(shí)現(xiàn)遙控行駛，而第一視角遙控技術(shù)也成為這輛“丑小車”目前最為成熟的一項(xiàng)核心技術(shù)。
隊(duì)員們說，目前這輛賽車從硬件角度來說已經(jīng)完成了95%，從程序和軟件上來說已經(jīng)完成了80%以上，但是從試驗(yàn)測試的層面考慮，可能僅僅完成了60%，還是有很多方面需要完善的。
“丑小車”霸氣變身“地面航母”
其實(shí)，作為一輛原理驗(yàn)證車，“丑小車”在硬件配置上已非常強(qiáng)大：它在動力方面采用輪邊驅(qū)動雙電機(jī)設(shè)計(jì)，峰值功率達(dá)到80千瓦；電池采用了磷酸鐵鋰的單體電池……
然而，由于“原理驗(yàn)證車”在架構(gòu)上存在局限性。于是，從今年3月開始，車隊(duì)決定“另起爐灶”，正在研究另一輛尺寸更大、外觀更精美、技術(shù)更先進(jìn)的無人車。
在感知技術(shù)上，新車和“原理驗(yàn)證車”基本上是一脈相承的，但在機(jī)械技術(shù)和其他方面有很多創(chuàng)新與變化，比如輪轂電機(jī)技術(shù)、全輪轉(zhuǎn)向技術(shù)、車身自主調(diào)節(jié)等尖端技術(shù)的應(yīng)用。
可是，學(xué)生們的“野心”并沒有停留在這輛新車上，他們還在進(jìn)行一項(xiàng)最具突破性的技術(shù)創(chuàng)新——“無人機(jī)和無人車聯(lián)動技術(shù)”。他們想要“用飛機(jī)去探路”，“因?yàn)轱w機(jī)飛得更高，看得也就更高更遠(yuǎn)更寬闊，獲取的信息肯定更充分”。“用飛機(jī)去探路”，就是嘗試在無人車上設(shè)計(jì)一個(gè)云臺，搭載無人機(jī)，讓無人機(jī)去作無人車的眼睛，將看到的景象經(jīng)過處理之后變成路徑或者地圖傳回到無人車。
這輛讓無人機(jī)和無人車協(xié)同起來、采用了輪轂電機(jī)驅(qū)動等高新技術(shù)的新車，被隊(duì)友們稱為“地面航母”，霸氣十足。
但是，隊(duì)員們坦言，這一技術(shù)創(chuàng)新嘗試面臨著眾多挑戰(zhàn)，包括“無人機(jī)”和“無人車”之間的信號通信問題、距離問題、地圖構(gòu)建角度問題等。
“我們預(yù)計(jì)到嘗試這種新的模式難度會更大，但問題就在那里，總是要想辦法解決的。”隊(duì)員們說。
今年3月，為了研發(fā)新的無人賽車和“地面航母”，無人賽車隊(duì)進(jìn)行了第2輪招新。目前團(tuán)隊(duì)總共有74人，其中有41名本科生，27名碩士生，6名博士生。
有人疑問：如此高科技的無人車，本科生能參與其中嗎？隊(duì)員們告訴記者，41名本科生中，有15人是大一、大二年級的預(yù)備隊(duì)員，現(xiàn)階段基本上不參與研發(fā)工作，他們主要是團(tuán)隊(duì)的后備力量和第二梯隊(duì)，也是未來的潛在“接班人”。
目前，74名學(xué)生組成的無人賽車隊(duì)被分為感知與導(dǎo)航、整車控制、動力電池、無人機(jī)、車輛平臺5個(gè)研究組，共同解決難題。新的這輛“地面航母”預(yù)計(jì)在今年8月20日前下線，作為學(xué)生給“教師節(jié)”的禮物。
此外，在今年10月，升級版的“丑小車”還將出現(xiàn)在中國大學(xué)生方程式賽車比賽現(xiàn)場。（胡彥然 諸葛亞寒）
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