劉亞輝（右）在指導學生做研究

    作為一名青年科技工作者，早在自動駕駛還沒有成為熱點的時候，劉亞輝就瞄準了汽車的轉(zhuǎn)向輔助以及轉(zhuǎn)向人機協(xié)同研究，破解汽車轉(zhuǎn)向過程中駕駛員運動機能學特征描述及其量化這一國際性難題，也由此獲得了北京市科協(xié)剛剛評選出的第二十屆茅以升北京青年科技獎。

    “多花點工夫，沒問題。”這是當年他邊讀博士邊做科研時，老師對他的教誨�，F(xiàn)在已經(jīng)成了大學老師的劉亞輝也時常鼓勵自己的學生，“遇到困難不要灰心，總能‘磨’出成果。”正是靠著這份信念和付出，他拿下了清華大學首屆年度教學優(yōu)秀獎。

    曾獲國家科技進步二等獎

    劉亞輝介紹，汽車的轉(zhuǎn)向操縱已經(jīng)從傳統(tǒng)的機械轉(zhuǎn)向、固定助力特性的輔助轉(zhuǎn)向，朝駕駛員操縱與輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制相耦合的“人-車協(xié)同交互”發(fā)展，尤其是自動駕駛汽車研究熱潮的興起，對研究人機協(xié)同轉(zhuǎn)向提出了新的挑戰(zhàn)，汽車與駕駛員轉(zhuǎn)向操縱的交互性能成為關系汽車行駛安全與駕駛舒適性的關鍵。建立汽車轉(zhuǎn)向路感定量解析、人-車協(xié)同轉(zhuǎn)向操縱舒適性評價體系，是實現(xiàn)汽車人機協(xié)同轉(zhuǎn)向的關鍵科學問題。

    針對國內(nèi)外均缺少路感規(guī)律性量化描述的問題，劉亞輝提出了車輛固有路感概念，并建立了車輛固有路感量化模型。劉亞輝解釋，轉(zhuǎn)向路感是指輪胎與地面之間的相互作用及其致使的車輛運動狀態(tài)變化信息，經(jīng)過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對駕駛員形成的運動及力的反饋，是駕駛員對車輛進行操控的重要信息之一。轉(zhuǎn)向路感的解析量化是汽車轉(zhuǎn)向輔助與人機協(xié)同的關鍵科學技術(shù)難題。針對該問題，劉亞輝從車輛轉(zhuǎn)向動力學分析出發(fā)，建立了車輛固有路感的量化模型，將轉(zhuǎn)向路感由轉(zhuǎn)向力單一參數(shù)表征，擴展到車輛動力學參數(shù)定量描述，解決了輔助轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設計中汽車轉(zhuǎn)向路感匹配的難題。

    這項研究成果目前已應用到行業(yè)重大需求中：基于車輛固有路感的匹配設計技術(shù)，研制的自主電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自2009年開始應用于長安汽車、東風汽車、通用五菱汽車、華晨汽車等汽車主機廠，產(chǎn)品技術(shù)達到了國際先進水平，截至2017年底，累計應用318萬套，直接經(jīng)濟效益超過26億元。

    而以這項學術(shù)成果為核心技術(shù)之一，劉亞輝以第二完成人獲得“2014國家科技進步二等獎”、“2011北京市科學技術(shù)一等獎”。

    “多花點工夫，沒問題”

    劉亞輝說，圍繞轉(zhuǎn)向輔助和人機協(xié)同的研究從自己攻讀博士期間，借調(diào)到清華大學實驗室時起就開始著手了。在圍繞汽車轉(zhuǎn)向技術(shù)展開研究的過程中，也伴隨著許多苦惱。“雖然現(xiàn)在自動駕駛汽車是十分前沿、熱點的話題，但在當時還是一件看上去有些遙遠的事情。”

    那時劉亞輝還是北京航空航天大學的學生，2004年前后，他完成了學校的課業(yè)，來到清華大學參與課題。“有時候會感覺自己基礎沒那么好，清華的同學花一點時間就能夠完成的，我可能會比較吃力。”由于進展比較慢，劉亞輝感到有些沮喪。老師時常鼓勵他，“多花點工夫，沒問題。”

    那時，劉亞輝每天清晨騎著自行車從北航的宿舍，來到清華東北角汽車研究所的小院；晚上結(jié)束一天的工作后，再騎車回到宿舍休息。沿著北四環(huán)到五道口之間的鐵路線，這條騎行的道路，來來回回不知走了多少次。“別人晚上八九點就下班了，我都會熬到夜里12點，院門關閉前才走。”很多次，由于加班搞研究，錯過了研究所院門的關閉時間，他只能將自行車舉過墻頭扔出小院，再自己翻墻出去，騎車回宿舍。

    “我不聰明，但我不怕比別人多付出時間和精力。”現(xiàn)在已經(jīng)成了大學老師的劉亞輝也時常鼓勵自己的學生，“遇到困難不要灰心，總能‘磨’出成果。”

    找到人機協(xié)同的“黑匣子”

    2009年起，劉亞輝開始在清華大學做博士后研究，此后的3年內(nèi)，以前一直致力于汽車轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)研究的他，發(fā)現(xiàn)了一個問題:由于駕駛員與車輛轉(zhuǎn)向協(xié)同操縱過程中，上肢不僅接收車輛轉(zhuǎn)向阻力矩反饋，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)施加的主動操縱力矩也會改變駕駛員轉(zhuǎn)向操縱特性，影響駕駛員對轉(zhuǎn)向路感的接收與判斷。因而提取轉(zhuǎn)向操縱中駕駛員運動機能學特征，并評估駕駛員轉(zhuǎn)向操縱運動機能學特性與轉(zhuǎn)向操縱舒適性的內(nèi)在關聯(lián)，是汽車轉(zhuǎn)向輔助與轉(zhuǎn)向人機協(xié)同的又一個關鍵問題，而具有普適性的駕駛員運動機能學特征描述及其量化，是亟待解決的國際性難題。

    “系統(tǒng)開發(fā)好之后，需要駕駛員的評價。但評價結(jié)果十分主觀，甚至可以說千變?nèi)f化，缺少一定之規(guī)。”他一直記得當時一位老教授曾對他說過的話，“研究汽車本身可能很簡單，但一旦研究涉及駕駛員的特征因素，系統(tǒng)就變得極其復雜。”如何解決這個難題，為看似主觀的評價找到量化的指標，讓劉亞輝煞費苦心。

    人對汽車轉(zhuǎn)向的操縱是通過上肢幾組肌肉群共同作用來完成的，而它們在完成操縱時輸出有效生物功的效率，是否能成為一個客觀的指標呢？探索之中，劉亞輝將目光投向了能夠反映肌肉活動情況的肌電信號。“通過捕捉并提取有效的肌電信號，我們能夠找到轉(zhuǎn)向操縱物理輸入和駕駛員上肢做功之間的某種聯(lián)系，找出人機協(xié)同運動之間的駕駛員轉(zhuǎn)向操縱機能學特性這一‘黑匣子’。”基于此，他提出了駕駛員轉(zhuǎn)向操縱效率的生理特性表達方法，建立了駕駛員轉(zhuǎn)向操縱效率量化模型，提出了基于駕駛員運動機能學的協(xié)同轉(zhuǎn)向操縱舒適性客觀評價方法，解決了汽車轉(zhuǎn)向人機協(xié)同設計中駕駛員生理特性描述的難題。這項研究引起了世界上最大的電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)公司——日本JTEKT株式會社的注意。2010年，JTEKT研究中心向劉亞輝拋出了橄欖枝，他作為訪問學者來到日本，在研究中心繼續(xù)開展該項研究。

    當老師比做科研更有挑戰(zhàn)

    2011年底，劉亞輝留校在清華大學汽車工程系成為了一名教師。從學生到老師的轉(zhuǎn)變，成了他人生的重大轉(zhuǎn)折。“當學生的時候，一直把高校老師的工作幻想得很清閑，覺得一年放寒暑兩個長假，還有周末雙休，應該比較輕松。工作以后才發(fā)現(xiàn)，當老師比當學生要忙多了。當學生圍繞課題展開科研，一個難點一個難點地攻關，目標十分明確。而當老師則必須時刻站在領域的前沿做‘引路人’，不能被‘浪’打下去。開拓事業(yè)千頭萬緒，那種操心是無時無刻不在的。”

    此外，2014年底，清華大學發(fā)布關于全面深化教育教學改革的意見，要求教師將堅持人才培養(yǎng)作為第一責任，“深化人事制度改革，確保教師把主要精力投入到教學和人才培養(yǎng)，發(fā)揮教學環(huán)節(jié)和師生互動在促進學生全面成長中的主渠道作用。”作為年輕教師的劉亞輝選擇講授《汽車構(gòu)造》這一專業(yè)課。

    從來沒有教課經(jīng)驗的他，開始了“痛苦”地摸索。“我的第一次試講，由于非常緊張，沒有通過。直到第二次試講才通過，2016年開始教課。”劉亞輝一度感覺十分焦慮，“清華的學生都是驕子，怎么才能把課講得讓他們愛聽，又對他們有用呢？”為了向前輩學習，劉亞輝要求將自己的課放在每周的最后，在他前面上課的老師的每節(jié)課，他都去聽，仔細借鑒、學習。為了把握好授課節(jié)奏，劉亞輝將他所有課上需要用到的PPT都打印出來，每一頁上都寫滿筆記，“每一頁講幾分鐘，各個節(jié)點都在哪里，全部標記在紙質(zhì)PPT上，一點一點掂量摸索。”

    就這樣，劉亞輝的課逐漸獲得了老師、同學們的認可，“2017年，我拿到了清華大學首屆年度教學優(yōu)秀獎，這對于我來說，無疑是很大的鼓舞。”