北理工研发“地面航母”无人车 可释放无人机

2019/5/14 17:00:48

  在前不久举办的第14届北京国际车展上,一辆看起来普通,甚至有些“丑陋”的小车出现在量产车云集的展馆里,它看上去是那么的不起眼。

  然而,这辆拥有着朴实外表的“丑小车”本事却不小。它是世界上第一辆无人驾驶大学生方程式赛车,目前已经初步具备独立电机驱动稳定性控制、第一视角遥控、环境感知与行人跟踪以及自主行驶四大核心技术。

  甚至,“丑小车”的某些关键技术指标已经达到世界先进水平。例如,遥控行驶零至百公里/时加速仅需3秒,半自主驾驶最大纵向加速度达到0.9G,最大侧向加速度达到2G。

  在这辆“霸气侧漏”的“丑小车”背后,是一支由74名北理工学生组成的无人赛车队。这群年轻学生经过3个月的探索和试验,于今年1月造出了这辆拥有着“世界第一”的“原理验证车”。

  今年3月,在指导教师胡纪滨的带领下,他们开始研发一辆尺寸更大、外观更精美的无人车——“地面航母”。这艘“地面航母”无人车身上将被设计一个云台搭载无人机,内部放置一个可自由出入的小型机器人,让作“眼睛”的无人机与无人车协同起来。不仅如此,这艘“地面航母”还采用了四轮毂电机驱动、全轮转向、主动悬架、第一视角遥控等尖端技术。

  德国赛场受刺激,回国造“丑小车”

  关超文是北理工无人赛车车队队长、该校机械与车辆学院研究生二年级的学生。谈及“丑小车”的诞生,他坦言,之所以下决心要造出这辆无人赛车,很大程度上是因为在德国比赛期间“受了刺激”。

  原来,去年8月,关超文和几名队友一起带着一辆电车去德国参加大学生方程式汽车大赛。在比赛现场,关超文发现,德国的电车技术已经达到了世界顶尖水平,相比之下,自己的电车有些“落后”了。

  “当时,我们遭到了嘲笑。我们暗自下定决心,必须在无人驾驶尖端技术方面,实现弯道超车,明年8月如果还有机会来德国参赛,一定要弄一辆无人赛车出来,给他们看看。”关超文说。

  回到学校,队员们选择了一辆由北理工于2013年推出的“银鲨二代”电动赛车,以现有架构为基础,对其进行“无人化”改造,实现自主驾驶的无人赛车。

  他们尝试着先切断感知渠道,给定一个路径,看无人车怎样能跑得快,纯粹研究无人动力学问题。

  “形象地说,就是把赛车变成‘跑得很快的瞎子\\’,他脑子里知道自己需要沿着哪条道路走,但不知道会在沿途碰上哪些障碍物,遇到哪些情况。因为赛道一般都是清空的,近似于理想路况,所以是试验的最佳环境。”队员们解释说。

  去年10月,他们以“无人赛车队”的名义面向全校各学院招收了50多位本科生和硕士生,正式组建研发团队,开始了无人赛车制造工作。

  “从开始到‘落地\\’的3个月时间里,每一步都走得比较艰难,对每一项技术难题的克服都不是很顺利。”队员们说。

  队员们提到,解决问题的第一步是要顺利实现遥控行驶技术,确保机械系统和信号系统的各项设备质量均已过关,“遥控试验是一个费时间、考验耐心但又不可能被跳过的阶段,挺难熬的”。

  而遥控试验阶段涉及的核心技术即是第一视角遥控技术。用通俗的话来形容,第一视角遥控技术是让赛车上的摄像头把赛车实时影像发送到电脑上,操作者坐在电脑前,通过电脑屏幕观察赛车的实时状态,然后根据观察到的情况用遥控设施对赛车的行驶路径进行控制和调整。

  目前该赛车已经能够非常顺利地实现遥控行驶,而第一视角遥控技术也成为这辆“丑小车”目前最为成熟的一项核心技术。

  队员们说,目前这辆赛车从硬件角度来说已经完成了95%,从程序和软件上来说已经完成了80%以上,但是从试验测试的层面考虑,可能仅仅完成了60%,还是有很多方面需要完善的。

  “丑小车”霸气变身“地面航母”

  其实,作为一辆原理验证车,“丑小车”在硬件配置上已非常强大:它在动力方面采用轮边驱动双电机设计,峰值功率达到80千瓦;电池采用了磷酸铁锂的单体电池……

  然而,由于“原理验证车”在架构上存在局限性。于是,从今年3月开始,车队决定“另起炉灶”,正在研究另一辆尺寸更大、外观更精美、技术更先进的无人车。

  在感知技术上,新车和“原理验证车”基本上是一脉相承的,但在机械技术和其他方面有很多创新与变化,比如轮毂电机技术、全轮转向技术、车身自主调节等尖端技术的应用。

  可是,学生们的“野心”并没有停留在这辆新车上,他们还在进行一项最具突破性的技术创新——“无人机和无人车联动技术”。他们想要“用飞机去探路”,“因为飞机飞得更高,看得也就更高更远更宽阔,获取的信息肯定更充分”。“用飞机去探路”,就是尝试在无人车上设计一个云台,搭载无人机,让无人机去作无人车的眼睛,将看到的景象经过处理之后变成路径或者地图传回到无人车。

  这辆让无人机和无人车协同起来、采用了轮毂电机驱动等高新技术的新车,被队友们称为“地面航母”,霸气十足。

  但是,队员们坦言,这一技术创新尝试面临着众多挑战,包括“无人机”和“无人车”之间的信号通信问题、距离问题、地图构建角度问题等。

  “我们预计到尝试这种新的模式难度会更大,但问题就在那里,总是要想办法解决的。”队员们说。

  今年3月,为了研发新的无人赛车和“地面航母”,无人赛车队进行了第2轮招新。目前团队总共有74人,其中有41名本科生,27名硕士生,6名博士生。

  有人疑问:如此高科技的无人车,本科生能参与其中吗?队员们告诉记者,41名本科生中,有15人是大一、大二年级的预备队员,现阶段基本上不参与研发工作,他们主要是团队的后备力量和第二梯队,也是未来的潜在“接班人”。

  目前,74名学生组成的无人赛车队被分为感知与导航、整车控制、动力电池、无人机、车辆平台5个研究组,共同解决难题。新的这辆“地面航母”预计在今年8月20日前下线,作为学生给“教师节”的礼物。

  此外,在今年10月,升级版的“丑小车”还将出现在中国大学生方程式赛车比赛现场。(实习生 胡彦然 中国青年报·中青在线记者 诸葛亚寒)
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