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[26480] 2021-07-21_华为天才少年造出自动驾驶单车！图纸已开源，硬件成本一万，B站老板：重新定义「自行」车

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2021-07-21_华为天才少年造出自动驾驶单车！图纸已开源，硬件成本一万，B站老板：重新定义「自行」车 华 为 天 才 少 年 造 出 自 动 驾 驶 单 车 ！ 图 纸 已 开 源 ， 硬 件 成 本 一 万 ， B 站 老 板 ： 重 新 定 义 「 自 行 」 车 L i n u x 学 习   2 0 2 1 - 0 7 - 2 1 本 文 经 A I 新 媒 体 量 子 位 （ I D ： Q b i t A I ） 授 权 转 载 ， 转 载 请 联 系 出 处 鱼 羊   金 磊   发 自   凹 非 寺 果 然 高 手 在 民 间 。 谁 能 料 到 ， 一 辆 自 行 车 的 硬 核 硬 核 打 开 方 式 ， 竟 是 大 火 的 自 动 驾 驶 自 动 驾 驶 。 踢 开 脚 撑 ， 金 鸡 独 立 、 稳 如 泰 山 ： 单 侧 加 个 板 砖 ？ 小 场 面 ：
毕 竟 ， 它 是 连 高 难 度 “ 杂 技 姿 势 杂 技 姿 势 ” 都 能 h o l d 住 的 自 行 车 ： 没 事 走 两 步 ？ 可 以 有 ， 还 是 会 自 己 拐 弯 拐 弯 的 那 种 ： 避 障 避 障 、 上 路 上 路 ， 毫 无 压 力 ： 甚 至 还 配 备 了 特 斯 拉 都 没 有 的 激 光 雷 达 激 光 雷 达 。 这 就 是 B 站 “ 野 生 钢 铁 侠 ” 稚 晖 君 稚 晖 君 耗 时 4 个 月 个 月 时 间 （ 基 本 只 是 周 末 ） ， 打 造 出 的 全 新 项 目 X U A N   （ 轩 ） 。
短 短 几 天 ， 播 放 量 超 过 1 5 0 W ， 硬 核 、 复 杂 程 度 之 高 ， 直 接 看 呆 一 众 网 友 。 来 感 受 一 下 这 个 画 风 。 连 B 站 老 板 陈 睿 都 被 吸 引 而 来 ： 甚 至 业 内 人 士 也 直 呼 ： 任 何 一 个 部 分 拿 出 来 都 是 一 篇 本 科 毕 业 论 文 。 还 有 实 物 ， 硕 士 毕 业 绰 绰 有 余 … …
稚 晖 君 到 底 是 如 何 打 造 的 这 么 一 台 “ 赛 博 朋 克 ” 自 行 车 ？ 接 下 来 ， 让 我 们 一 起 一 探 究 竟 （ 经 授 权 ） 。 （ 你 可 能 还 很 关 心 它 的 价 格 ， 别 着 急 ， 我 们 文 末 揭 晓 答 案 ~ ） 把 自 行 车 做 成 自 动 驾 驶 ， 共 分 几 步 ？ 把 自 行 车 做 成 自 动 驾 驶 ， 共 分 几 步 ？ 稚 晖 君 选 择 的 自 行 车 ， 是 大 家 非 常 熟 知 的 死 飞 死 飞   （ F i x e d   G e a r ） 。 （ 没 错 ， 就 是 漂 移 玩 家 的 最 爱 ） 这 种 自 行 车 的 一 大 特 点 ， 便 是 结 构 简 单 、 没 有 刹 车 。 于 是 ， 稚 晖 君 先 对 死 飞 进 行 了 一 个 C A D 建 模 建 模 的 工 作 。 建 模 工 作 完 成 之 后 ， 便 得 到 了 一 辆 虚 拟 自 行 车 虚 拟 自 行 车 。 此 后 的 所 有 改 造 工 作 ， 便 可 以 在 计 算 机 上 完 成 。 整 体 来 看 ， X U A N 的 诞 生 一 共 分 为 三 大 步 三 大 步 ： 硬 件 改 造 硬 件 改 造 ： 因 为 自 行 车 是 一 个 欠 驱 动 系 统 ， 所 以 先 要 做 的 就 是 让 它 站 稳 ， 然 后 跑 起 来 。 这 一 步 将 涉 及 一 套 复 杂 的 自 动 控 制 系 统 自 动 控 制 系 统 。
智 能 化 智 能 化 ： 毕 竟 自 动 驾 驶 嘛 ， “ 工 具 人 ” 就 得 被 抹 去 。 因 此 ， 这 一 步 便 是 搭 载 一 整 套 传 感 器 组 成 的 感 知 网 络 感 知 网 络 ， 以 及 一 个 算 力 足 够 强 大 的 计 算 芯 片 作 大 脑 大 脑 。 软 件 和 算 法 软 件 和 算 法 ： 最 后 一 步 ， 便 是 在 上 述 的 硬 件 基 础 上 ， 开 发 、 实 现 一 套 感 知 和 控 制 算 法 。 稚 晖 君 称 之 为 “ 注 入 灵 魂 ” 。 S t e p   b y   S t e p ， 先 来 看 下 第 一 个 大 问 题 。 自 行 车 怎 么 自 己 保 持 平 衡 ？ 自 行 车 怎 么 自 己 保 持 平 衡 ？ 在 骑 自 行 车 的 时 候 ， 前 后 方 向 前 后 方 向 的 平 衡 ， 靠 得 是 2 个 轮 子 的 支 撑 和 地 面 摩 擦 力 。 而 左 右 方 向 左 右 方 向 上 ， 运 动 过 程 中 靠 的 是 龙 头 的 左 右 调 节 ， 获 取 转 向 的 加 速 度 ， 以 此 抵 消 重 力 的 影 响 。 像 这 样 ： 那 么 在 静 止 状 态 下 呢 ？
稚 晖 君 给 出 的 思 路 便 是 — — 角 动 量 守 恒 角 动 量 守 恒 。 简 单 来 说 ， 当 车 子 在 重 力 作 用 下 发 生 倾 倒 ， 就 用 动 量 轮 来 产 生 一 个 相 反 力 矩 ， 抵 消 掉 重 力 力 矩 。 具 体 而 言 ， 稚 晖 君 在 这 辆 死 飞 座 位 下 方 安 装 了 一 个 无 刷 电 机 无 刷 电 机 ， 目 的 是 驱 动 一 个 金 属 的 动 量 轮 。 而 在 座 位 后 方 ， 他 也 安 装 了 一 个 无 刷 电 机 ， 这 个 目 的 则 是 靠 摩 擦 力 来 驱 动 后 轮 ， 让 自 行 车 整 体 前 后 运 动 。 稚 晖 君 本 是 想 用 3 D 打 印 来 完 成 这 两 个 零 件 的 加 工 ， 但 碍 于 材 料 硬 度 和 刚 性 不 足 ， 所 以 金 属 材 料 成 为 了 此 次 的 首 选 。 （ 所 幸 ， 稚 晖 君 朋 友 家 里 “ 有 厂 ” ， 问 题 迎 刃 而 解 ） 而 后 ， 便 是 快 乐 的 组 装 环 节 ：
O K ， 自 行 车 的 平 衡 问 题 ， 就 此 解 决 。 自 行 车 的 自 行 车 的 “ 机 器 大 脑 机 器 大 脑 ” 硬 件 框 架 有 了 ， 想 让 自 行 车 能 跑 起 来 ， 甚 至 能 认 路 ， 下 一 步 就 是 上 “ 脑 子 ” 。 跟 人 类 相 似 ， 机 器 人 也 分 “ 大 脑 ” 和 “ 小 脑 ” 。 简 单 来 说 ， 小 脑 用 来 控 制 实 时 行 动 ； 大 脑 则 负 责 耗 费 算 力 、 高 时 延 的 感 知 和 决 策 。 这 一 回 ， 稚 晖 君 给 自 行 车 上 的 “ 小 脑 ” 是 E S P 3 2 。 E S P 3 2 是 一 种 低 成 本 、 低 功 耗 的 单 片 机 控 制 器 ， 集 成 W i - F i 和 双 模 蓝 牙 。
基 于 F r e e R T O S （ 一 个 开 源 嵌 入 式 实 时 操 作 系 统 ） ， 稚 晖 君 搭 建 了 小 脑 的 R P C 通 信 框 架 ， 用 来 实 现 传 感 器 的 数 据 处 理 ， 以 及 电 机 的 控 制 算 法 。 “ 大 脑 ” 则 是 昇 腾 3 1 0 。 这 是 昇 腾 系 列 的 边 缘 计 算 芯 片 ， 基 于 达 芬 奇 架 构 ， 最 高 能 够 提 供 2 2 T O P s 的 算 力 。 大 脑 的 算 法 开 发 ， 主 要 基 于 昇 腾 A I 栈 和 R O S （ 机 器 人 操 作 系 统 ） 实 现 。 于 是 ， 在 深 度 相 机 、 激 光 雷 达 等 传 感 器 的 帮 助 之 下 ， 这 辆 自 行 车 能 够 检 测 出 周 围 的 物 体 ， 实 现 避 障 和 跟 随 ：
还 能 够 机 智 地 识 别 地 形 ， 给 自 己 规 划 路 径 ： 自 行 车 的 自 行 车 的 “ 机 器 心 脏 机 器 心 脏 ” 当 然 啦 ， “ 成 精 ” 的 自 行 车 ， 不 仅 要 有 头 脑 ， 还 要 有 一 颗 强 劲 的 “ 心 脏 ” 来 驱 动 它 工 作 。 而 X U A N 的 “ 心 脏 ” 来 自 稚 晖 君 的 另 一 个 项 目 ， C t r l - F O C 矢 量 控 制 驱 动 器 矢 量 控 制 驱 动 器 。 这 是 一 个 超 迷 你 双 通 道 无 刷 电 机 驱 动 器 ， 单 路 最 大 驱 动 电 流 能 超 过 1 0 0 A 。 值 得 一 提 的 是 ， 稚 晖 君 的 这 一 F O C 驱 动 器 有 两 个 版 本 的 设 计 方 案 ， 其 中 一 个 版 本 ， 电 路 设 计 为 上 下 叠 板 设 计 ， 将 逻 辑 单 元 和 功 率 单 元 分 开 。 也 就 是 说 ， 只 需 要 替 换 掉 驱 动 电 路 ， 就 可 以 匹 配 更 大 功 率 的 电 机 。 具 体 到 X U A N 这 个 项 目 ， 下 图 中 这 么 大 点 的 驱 动 器 ， 最 终 实 现 了 两 路 共 1 0 0 A 的 无 刷 电 机 F O C 控 制 ， 还 驱 动 了 车 头 6 0 k g 扭 力 舵 机 和 散 热 风 扇 。
最 后 ， 注 入 灵 魂 最 后 ， 注 入 灵 魂 万 事 俱 备 ， 但 想 要 上 路 ， 至 此 还 少 了 一 点 炼 丹 的 灵 魂 — — 调 参 调 参 。 稚 晖 君 表 示 ， 这 辆 自 动 驾 驶 自 行 车 的 控 制 代 码 中 ， 有 超 过 5 0 个 重 要 参 数 ， 包 括 控 制 周 期 、 反 馈 矩 阵 、 P I D 增 益 、 滤 波 器 截 止 频 率 等 等 。 此 外 ， 电 机 的 功 率 、 重 心 的 分 布 等 物 理 参 数 ， 也 都 会 对 最 终 的 效 果 造 成 影 响 。 稍 有 不 慎 ， 那 自 行 车 就 不 是 稳 如 老 狗 那 画 风 了 … … 在 数 学 建 模 之 后 ， 稚 晖 君 还 采 用 了 游 戏 引 擎 U n i t y 作 为 仿 真 环 境 ， 像 正 经 自 动 驾 驶 研 发 那 样 ， 先 在 仿 真 环 境 里 让
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