你能想象無人駕駛的自行車，穿行在大街小巷的場(chǎng)景嗎?或許有一天，這將成為現(xiàn)實(shí)。

　　清華大學(xué)自動(dòng)化系機(jī)器人控制實(shí)驗(yàn)室正在著手研制的“無人駕駛自行車”，將于明年走出實(shí)驗(yàn)室，開啟樣機(jī)調(diào)試，檢驗(yàn)其未來走向市場(chǎng)的可行性。

　　實(shí)驗(yàn)室成員將“無人駕駛自行車”與“人類”的關(guān)系類比為“佐羅”與“馬”。在電影《佐羅》中，英雄佐羅一聲令下，得力愛將“閃電”便疾速奔馳，拯救其于危難之中;他們期待中的“無人駕駛自行車”，同樣也將與使用者形成良好的人機(jī)互動(dòng)，成為人類生活的伴侶。

　　轉(zhuǎn)向原理讓車輛實(shí)現(xiàn)自平衡

　　無人駕駛自行車，其技術(shù)核心是讓自行車在沒有駕駛者的情況下，實(shí)現(xiàn)“自平衡”。

　　在接下與百度的這一合作項(xiàng)目之初，趙明國(guó)帶領(lǐng)實(shí)驗(yàn)室成員曾考慮過多種“自平衡”方案。最終，實(shí)驗(yàn)室選擇了利用“車把轉(zhuǎn)向”的解決方案，“自行車向左傾斜時(shí)，車把也會(huì)向左歪，前后輪之間會(huì)形成一個(gè)圓弧，這時(shí)自行車是在一個(gè)圓形的軌道上運(yùn)動(dòng)，因此就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)離心力，與自行車本身重力形成的合力，便可以實(shí)現(xiàn)自行車的平衡。”趙明國(guó)解釋說，這種方案的好處在于不需要添加額外的大質(zhì)量裝備，只需要在后輪安裝一個(gè)測(cè)速傳感器，控制器在接收到速度數(shù)據(jù)后，迅速作出反應(yīng)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)調(diào)整自行車角度，“簡(jiǎn)單來說，就是測(cè)量速度，調(diào)整角度，決定車把轉(zhuǎn)向。”

　　“跟車少年”為自行車護(hù)航

　　雖然應(yīng)用的只是物理學(xué)中的基本原理，但是要想讓這幾個(gè)部件實(shí)現(xiàn)完美的配合，還需要實(shí)驗(yàn)人員的反復(fù)調(diào)試。“就像很多人都會(huì)做宮保雞丁，但是不同人做出的口味是不一樣的，這與配方、烹調(diào)時(shí)間、火候都有關(guān)系。”趙明國(guó)打了個(gè)通俗的比喻。

　　2015年，從北京航空航天大學(xué)畢業(yè)后的余永超被保送到清華大學(xué)自動(dòng)化系。作為項(xiàng)目的新成員，他義不容辭地成為了項(xiàng)目的“跟車少年”，成為無人駕駛自行車的頭號(hào)保鏢。“每次實(shí)驗(yàn)都是一次沖刺跑。”在第一代產(chǎn)品試跑時(shí)，每次速度的調(diào)整便意味著一系列參數(shù)的改變，實(shí)驗(yàn)過程中自行車難免東倒西歪，這時(shí)便需要專人陪護(hù)，以防歪倒后造成設(shè)備損害。

　　要知道，實(shí)驗(yàn)室選擇的方案在實(shí)現(xiàn)自行車“自平衡”時(shí)需要一個(gè)附加條件，那就是自行車是有一定速度的;在其研發(fā)的第一代產(chǎn)品中，“無人駕駛自行車”運(yùn)動(dòng)的最低時(shí)速也在7公里左右，最快可達(dá)每小時(shí)20公里。余永超開玩笑說，每周兩三次的實(shí)驗(yàn)任務(wù)讓他把健身錢給省下了。“還是有一定危險(xiǎn)系數(shù)的”，幾十斤的自行車真倒下來，讓余永超沒少挨砸。

　　第二代產(chǎn)品除了使各個(gè)部件更加集成和一體化之外，實(shí)驗(yàn)室還為自行車添加了GPS功能，實(shí)現(xiàn)了“軌跡跟蹤”，只要提前推車采集某路段的位置信息，無人駕駛自行車就可以沿著這一事先規(guī)劃好的路線自主行走。

　　“降速”成為升級(jí)新突破

　　在趙明國(guó)和實(shí)驗(yàn)室成員的最初設(shè)想里，作為智能的生活伴侶，“無人駕駛自行車”可以在戶外跑等健身活動(dòng)時(shí)發(fā)揮陪伴作用，比如幫運(yùn)動(dòng)的人們攜帶運(yùn)動(dòng)裝備、食物等，可陪跑，也可跟走。而五六公里的時(shí)速顯然不能滿足這一要求，低速條件下的自平衡成為成員們研究的新方向，“人平時(shí)的步行速度大概為每小時(shí)2公里，只有把速度降下來，才不用讓自行車先經(jīng)過人的助跑之后再實(shí)現(xiàn)‘無人駕駛’。”趙明國(guó)表示。于是，便有了致力于實(shí)現(xiàn)低速平衡狀態(tài)的第三代產(chǎn)品。這一次，實(shí)驗(yàn)室在自行車結(jié)構(gòu)上做起了文章。

　　余永超參與了無人駕駛自行車的“降速”全過程。他告訴記者，正常的自行車結(jié)構(gòu)，與車把豎直方向的前叉結(jié)構(gòu)延長(zhǎng)后與地面的接觸點(diǎn)在前，前輪與地面的接觸在后;進(jìn)行改造后，實(shí)驗(yàn)室將自行車前輪前移，使得車輪與地面的接觸點(diǎn)在前。“車輪越往前，自行車低速的穩(wěn)定性越高，理論上甚至可以實(shí)現(xiàn)原地的靜止。”

　　這是為什么呢?余永超解釋說，一般來說影響自行車平衡有兩個(gè)要素：一是自行車有速度的情況下，轉(zhuǎn)向的時(shí)候產(chǎn)生離心力，離心力會(huì)影響自行車的平衡;二是在自行車低速或靜止時(shí)，由于上述兩個(gè)點(diǎn)的不重合性，導(dǎo)致人們?cè)谵D(zhuǎn)動(dòng)車把時(shí)，也會(huì)對(duì)車身姿態(tài)產(chǎn)生微小的改變，這個(gè)量在自行車高速運(yùn)動(dòng)時(shí)基本可以忽略不計(jì)。“一般的自行車結(jié)構(gòu)，使得這兩個(gè)力是互斥的;將兩個(gè)點(diǎn)的位置對(duì)調(diào)后，兩個(gè)力就變成了疊加的關(guān)系。”因此，在自行車車速較低，離心力比較弱的情況下，這個(gè)力便做了有力的補(bǔ)充，從而實(shí)現(xiàn)了自行車的平衡。

　　據(jù)了解，改造后的自行車，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)1.6公里時(shí)速狀態(tài)下的平衡，“基本上就是人散步的速度。”

　　未來或可應(yīng)用于物流行業(yè)

　　在近日舉行的上地學(xué)區(qū)首屆科技節(jié)路演活動(dòng)上，余永超暢想了無人駕駛自行車可能發(fā)揮作用的場(chǎng)景。

　　余永超認(rèn)為，隨著共享單車的流行，使用者的“潮汐”特征為共享單車的管理帶來了一定挑戰(zhàn)，“目前大多數(shù)情況下，共享單車還需要卡車、人工進(jìn)行統(tǒng)一收集搬運(yùn)。”在余永超看來，隨著無人駕駛自行車技術(shù)的進(jìn)一步完善，未來或許可以實(shí)現(xiàn)共享單車的自動(dòng)歸位，“比如沿著一定的軌道回到附近最近的停車點(diǎn)。”

　　同時(shí)，利用其便捷和靈活性的特征，無人駕駛自行車或許能幫助人們更好地解決“最后一公里”的交通問題，尤其在外賣、快遞等物流行業(yè)中發(fā)揮作用。將其原理應(yīng)用到摩托車中，升級(jí)后的“無人駕駛摩托車”也能在山地巡邏、山地運(yùn)輸?shù)确矫姘l(fā)揮優(yōu)勢(shì)。

　　實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人趙明國(guó)也對(duì)“無人駕駛”原理在摩托車等其他交通工具上的“平移”做了展望。有數(shù)據(jù)顯示，物流等行業(yè)的用人需求還將不斷增長(zhǎng)，而相關(guān)從業(yè)人員數(shù)量的增長(zhǎng)速度則沒法與之相適應(yīng)，企業(yè)必須從技術(shù)上尋求解決方案，無人駕駛或許是一個(gè)方向。