北理工學生要造“地面航母”無人車

世界首輛無人駕駛大學生方程式賽車亮相

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”的小車出現在量產車云集的展館里，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生方程式賽車，目前已經初步具備獨立電機驅動穩定性控制、第一視角遙控、環境感知與行人跟蹤以及自主行駛四大核心技術。

甚至，“丑小車”的某些關鍵技術指標已經達到世界先進水平。例如，遙控行駛零至百公里/時加速僅需3秒，半自主駕駛最大縱向加速度達到0.9G，最大側向加速度達到2G。

在這輛“霸氣側漏”的“丑小車”背后，是一支由74名北理工學生組成的無人賽車隊。這群年輕學生經過3個月的探索和試驗，于今年1月造出了這輛擁有著“世界第一”的“原理驗證車”。

今年3月，在指導教師胡紀濱的帶領下，他們開始研發一輛尺寸更大、外觀更精美的無人車——“地面航母”。這艘“地面航母”無人車身上將被設計一個云臺搭載無人機，內部放置一個可自由出入的小型機器人，讓作“眼睛”的無人機與無人車協同起來。不僅如此，這艘“地面航母”還采用了四輪轂電機驅動、全輪轉向、主動懸架、第一視角遙控等尖端技術。

德國賽場受刺激，回國造“丑小車”

關超文是北理工無人賽車車隊隊長、該校機械與車輛學院研究生二年級的學生。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，很大程度上是因為在德國比賽期間“受了刺激”。

原來，去年8月，關超文和幾名隊友一起帶著一輛電車去德國參加大學生方程式汽車大賽。在比賽現場，關超文發現，德國的電車技術已經達到了世界頂尖水平，相比之下，自己的電車有些“落后”了。

“當時，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方面，實現彎道超車，明年8月如果還有機會來德國參賽，一定要弄一輛無人賽車出來，給他們看看。”關超文說。

回到學校，隊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，以現有架構為基礎，對其進行“無人化”改造，實現自主駕駛的無人賽車。

他們嘗試著先切斷感知渠道，給定一個路徑，看無人車怎樣能跑得快，純粹研究無人動力學問題。

“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。因為賽道一般都是清空的，近似于理想路況，所以是試驗的最佳環境。”隊員們解釋說。

去年10月，他們以“無人賽車隊”的名義面向全校各學院招收了50多位本科生和碩士生，正式組建研發團隊，開始了無人賽車制造工作。

“從開始到‘落地’的3個月時間里，每一步都走得比較艱難，對每一項技術難題的克服都不是很順利。”隊員們說。

隊員們提到，解決問題的第一步是要順利實現遙控行駛技術，確保機械系統和信號系統的各項設備質量均已過關，“遙控試驗是一個費時間、考驗耐心但又不可能被跳過的階段，挺難熬的”。

而遙控試驗階段涉及的核心技術即是第一視角遙控技術。用通俗的話來形容，第一視角遙控技術是讓賽車上的攝像頭把賽車實時影像發送到電腦上，操作者坐在電腦前，通過電腦屏幕觀察賽車的實時狀態，然后根據觀察到的情況用遙控設施對賽車的行駛路徑進行控制和調整。

目前該賽車已經能夠非常順利地實現遙控行駛，而第一視角遙控技術也成為這輛“丑小車”目前最為成熟的一項核心技術。

隊員們說，目前這輛賽車從硬件角度來說已經完成了95%，從程序和軟件上來說已經完成了80%以上，但是從試驗測試的層面考慮，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，作為一輛原理驗證車，“丑小車”在硬件配置上已非常強大：它在動力方面采用輪邊驅動雙電機設計，峰值功率達到80千瓦；電池采用了磷酸鐵鋰的單體電池……

然而，由于“原理驗證車”在架構上存在局限性。于是，從今年3月開始，車隊決定“另起爐灶”，正在研究另一輛尺寸更大、外觀更精美、技術更先進的無人車。

在感知技術上，新車和“原理驗證車”基本上是一脈相承的，但在機械技術和其他方面有很多創新與變化，比如輪轂電機技術、全輪轉向技術、車身自主調節等尖端技術的應用。

可是，學生們的“野心”并沒有停留在這輛新車上，他們還在進行一項最具突破性的技術創新——“無人機和無人車聯動技術”。他們想要“用飛機去探路”，“因為飛機飛得更高，看得也就更高更遠更寬闊，獲取的信息肯定更充分”。“用飛機去探路”，就是嘗試在無人車上設計一個云臺，搭載無人機，讓無人機去作無人車的眼睛，將看到的景象經過處理之后變成路徑或者地圖傳回到無人車。

這輛讓無人機和無人車協同起來、采用了輪轂電機驅動等高新技術的新車，被隊友們稱為“地面航母”，霸氣十足。

但是，隊員們坦言，這一技術創新嘗試面臨著眾多挑戰，包括“無人機”和“無人車”之間的信號通信問題、距離問題、地圖構建角度問題等。

“我們預計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。”隊員們說。

    今年3月，為了研發新的無人賽車和“地面航母”，無人賽車隊進行了第2輪招新。目前團隊總共有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？隊員們告訴記者，41名本科生中，有15人是大一、大二年級的預備隊員，現階段基本上不參與研發工作，他們主要是團隊的后備力量和第二梯隊，也是未來的潛在“接班人”。

目前，74名學生組成的無人賽車隊被分為感知與導航、整車控制、動力電池、無人機、車輛平臺5個研究組，共同解決難題。新的這輛“地面航母”預計在今年8月20日前下線，作為學生給“教師節”的禮物。

    此外，在今年10月，升級版的“丑小車”還將出現在中國大學生方程式賽車比賽現場。