中国卫星导航定位协会

你能想象无人驾驶的自行车，穿行在大街小巷的场景吗?或许有一天，这将成为现实。

　　清华大学自动化系机器人控制实验室正在着手研制的“无人驾驶自行车”，将于明年走出实验室，开启样机调试，检验其未来走向市场的可行性。

　　实验室成员将“无人驾驶自行车”与“人类”的关系类比为“佐罗”与“马”。在电影《佐罗》中，英雄佐罗一声令下，得力爱将“闪电”便疾速奔驰，拯救其于危难之中;他们期待中的“无人驾驶自行车”，同样也将与使用者形成良好的人机互动，成为人类生活的伴侣。

　　转向原理让车辆实现自平衡

　　无人驾驶自行车，其技术核心是让自行车在没有驾驶者的情况下，实现“自平衡”。

　　在接下与百度的这一合作项目之初，赵明国带领实验室成员曾考虑过多种“自平衡”方案。最终，实验室选择了利用“车把转向”的解决方案，“自行车向左倾斜时，车把也会向左歪，前后轮之间会形成一个圆弧，这时自行车是在一个圆形的轨道上运动，因此就会产生一个离心力，与自行车本身重力形成的合力，便可以实现自行车的平衡。”赵明国解释说，这种方案的好处在于不需要添加额外的大质量装备，只需要在后轮安装一个测速传感器，控制器在接收到速度数据后，迅速作出反应，驱动电机调整自行车角度，“简单来说，就是测量速度，调整角度，决定车把转向。”

　　“跟车少年”为自行车护航

　　虽然应用的只是物理学中的基本原理，但是要想让这几个部件实现完美的配合，还需要实验人员的反复调试。“就像很多人都会做宫保鸡丁，但是不同人做出的口味是不一样的，这与配方、烹调时间、火候都有关系。”赵明国打了个通俗的比喻。

　　2015年，从北京航空航天大学毕业后的余永超被保送到清华大学自动化系。作为项目的新成员，他义不容辞地成为了项目的“跟车少年”，成为无人驾驶自行车的头号保镖。“每次实验都是一次冲刺跑。”在第一代产品试跑时，每次速度的调整便意味着一系列参数的改变，实验过程中自行车难免东倒西歪，这时便需要专人陪护，以防歪倒后造成设备损害。

　　要知道，实验室选择的方案在实现自行车“自平衡”时需要一个附加条件，那就是自行车是有一定速度的;在其研发的第一代产品中，“无人驾驶自行车”运动的最低时速也在7公里左右，最快可达每小时20公里。余永超开玩笑说，每周两三次的实验任务让他把健身钱给省下了。“还是有一定危险系数的”，几十斤的自行车真倒下来，让余永超没少挨砸。

　　第二代产品除了使各个部件更加集成和一体化之外，实验室还为自行车添加了GPS功能，实现了“轨迹跟踪”，只要提前推车采集某路段的位置信息，无人驾驶自行车就可以沿着这一事先规划好的路线自主行走。

　　“降速”成为升级新突破

　　在赵明国和实验室成员的最初设想里，作为智能的生活伴侣，“无人驾驶自行车”可以在户外跑等健身活动时发挥陪伴作用，比如帮运动的人们携带运动装备、食物等，可陪跑，也可跟走。而五六公里的时速显然不能满足这一要求，低速条件下的自平衡成为成员们研究的新方向，“人平时的步行速度大概为每小时2公里，只有把速度降下来，才不用让自行车先经过人的助跑之后再实现‘无人驾驶’。”赵明国表示。于是，便有了致力于实现低速平衡状态的第三代产品。这一次，实验室在自行车结构上做起了文章。

　　余永超参与了无人驾驶自行车的“降速”全过程。他告诉记者，正常的自行车结构，与车把竖直方向的前叉结构延长后与地面的接触点在前，前轮与地面的接触在后;进行改造后，实验室将自行车前轮前移，使得车轮与地面的接触点在前。“车轮越往前，自行车低速的稳定性越高，理论上甚至可以实现原地的静止。”

　　这是为什么呢?余永超解释说，一般来说影响自行车平衡有两个要素：一是自行车有速度的情况下，转向的时候产生离心力，离心力会影响自行车的平衡;二是在自行车低速或静止时，由于上述两个点的不重合性，导致人们在转动车把时，也会对车身姿态产生微小的改变，这个量在自行车高速运动时基本可以忽略不计。“一般的自行车结构，使得这两个力是互斥的;将两个点的位置对调后，两个力就变成了叠加的关系。”因此，在自行车车速较低，离心力比较弱的情况下，这个力便做了有力的补充，从而实现了自行车的平衡。

　　据了解，改造后的自行车，已经能够实现1.6公里时速状态下的平衡，“基本上就是人散步的速度。”

　　未来或可应用于物流行业

　　在近日举行的上地学区首届科技节路演活动上，余永超畅想了无人驾驶自行车可能发挥作用的场景。

　　余永超认为，随着共享单车的流行，使用者的“潮汐”特征为共享单车的管理带来了一定挑战，“目前大多数情况下，共享单车还需要卡车、人工进行统一收集搬运。”在余永超看来，随着无人驾驶自行车技术的进一步完善，未来或许可以实现共享单车的自动归位，“比如沿着一定的轨道回到附近最近的停车点。”

　　同时，利用其便捷和灵活性的特征，无人驾驶自行车或许能帮助人们更好地解决“最后一公里”的交通问题，尤其在外卖、快递等物流行业中发挥作用。将其原理应用到摩托车中，升级后的“无人驾驶摩托车”也能在山地巡逻、山地运输等方面发挥优势。

　　实验室负责人赵明国也对“无人驾驶”原理在摩托车等其他交通工具上的“平移”做了展望。有数据显示，物流等行业的用人需求还将不断增长，而相关从业人员数量的增长速度则没法与之相适应，企业必须从技术上寻求解决方案，无人驾驶或许是一个方向。

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