1　背景

重型運輸車(chē)輛、大型吊車(chē)、挖掘機、推土機、壓路機、裝載機等都是常見(jiàn)的工程車(chē)輛。大多數工程車(chē)輛的工作環(huán)境比較惡劣，一般是在環(huán)境較差的路面或作業(yè)場(chǎng)所行駛和作業(yè)，駕駛員容易受到各種類(lèi)型的沖擊、震動(dòng)、噪音的危害，對駕駛員的身體造成很大傷害，也會(huì )影響作業(yè)效率。因此，工程車(chē)輛無(wú)人駕駛、自動(dòng)駕駛和遠程操控技術(shù)的研發(fā)和應用越來(lái)越受人們的重視。

先進(jìn)的感知系統，如熱成像系統、視覺(jué)系統、雷達系統等為工程機械賦予感知能力；先進(jìn)的算法系統和自動(dòng)控制系統，賦予工程機械“智慧大腦”，使工程車(chē)輛自動(dòng)駕駛和遠程操控成為可能。未來(lái)，為了提高工程車(chē)輛施工的生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量，需要無(wú)人駕駛及多車(chē)協(xié)同駕駛技術(shù)，輔助雷達或攝像頭等視覺(jué)設備與自動(dòng)駕駛應用配合，因此需要硬件平臺具備一定計算能力，將原車(chē)載PLC控制器通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)接入更上層“控制器”，由更上層的“控制器”來(lái)協(xié)同控制各個(gè)車(chē)輛。

2　案例介紹

東土科技在重型壓路機自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的某個(gè)案例，原工程車(chē)輛包含專(zhuān)用的車(chē)載PLC控制器，包含若干本地I/O通道，連接車(chē)載傳感器等信號?？刂破髋c駕駛室顯示器、按鍵板、發(fā)動(dòng)機ECU等采用CAN總線(xiàn)連接，原車(chē)輛進(jìn)行人工手動(dòng)操作。

壓路機實(shí)現無(wú)人駕駛需要增加視覺(jué)輔助以及自動(dòng)駕駛算法，傳統車(chē)載PLC控制器，由于其性能單一、通信能力差、計算能力差，通常需要額外的工控機設備來(lái)專(zhuān)門(mén)完成相應的自動(dòng)駕駛、視覺(jué)處理任務(wù)以及額外的通信設備來(lái)實(shí)現協(xié)同控制。因此，需要提供一個(gè)面向自動(dòng)駕駛、協(xié)同控制應用的新型車(chē)載控制平臺，支持原工程車(chē)輛PLC控制器控制功能，并提供豐富接口以連接視覺(jué)輔助、雷達、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)等外設，提供強大的計算能力，以支持自動(dòng)駕駛、多車(chē)協(xié)同控制應用。

東土科技NewPre邊緣通用控制器系列，集成視覺(jué)信號、算法控制、運動(dòng)控制等功能，融合軟件和硬件，實(shí)現車(chē)輛自動(dòng)駕駛；其搭載全自主可控軟件定義控制的系統，允許實(shí)時(shí)系統和非實(shí)時(shí)系統隔離運行于同一硬件平臺，通過(guò)共享內存技術(shù)實(shí)現工程車(chē)輛自動(dòng)控制和遠程操控快速響應。在工程車(chē)輛領(lǐng)域，通過(guò)現場(chǎng)使用一臺NewPre邊緣通用控制器，運行多個(gè)PLC內核，利用預裝的 INTEWELL工業(yè)級網(wǎng)絡(luò )操作系統，將NewPre邊緣通用控制器虛擬成多個(gè)實(shí)時(shí)系統和非實(shí)時(shí)系統，并集成邊緣計算、過(guò)程控制、機器視覺(jué)、模擬仿真、人工智能等技術(shù)，完成在工程車(chē)輛領(lǐng)域設備控制、信息采集、協(xié)議轉換、數據上云等多重功能。

圖1 系統架構

系統架構如圖1所示，具體介紹如下：

（1）東土科技NewPre邊緣通用控制器，集邊緣運算、過(guò)程控制、運動(dòng)控制和機器視覺(jué)等功能于一身，作為自動(dòng)工程車(chē)輛的控制系統；

（2）信號采集采用分布式I/O模塊方案，邊緣通用控制器與I/O模塊之間采用兩線(xiàn)CAN總線(xiàn)連接；

（3）邊緣通用控制器與車(chē)載各ECU、駕駛室物理開(kāi)關(guān)、顯示器、駕駛輔助GPS模塊之間采用CAN總線(xiàn)連接，與駕駛輔助攝像頭之間采用以太網(wǎng)連接；

（4）利用邊緣通用控制器預裝的INTEWELL工業(yè)級網(wǎng)絡(luò )操作系統，提供高實(shí)時(shí)虛擬化特性；利用軟件定義一個(gè)實(shí)時(shí)系統（PLC）用于工程機械的控制，定義一個(gè)桌面系統用于集成自動(dòng)駕駛算法以及視覺(jué)處理，如圖2所示；

圖2 軟件系統

（5）利用共享內存技術(shù)，實(shí)現桌面系統與實(shí)時(shí)系統快速數據交互，實(shí)現基于視覺(jué)信號和雷達信號的快速控制響應，提高控制靈敏度和控制精度，解決了傳統方案基于視覺(jué)控制響應速度慢的難題；

（6）內置的Wi-Fi/4G/5G模塊，結合軟網(wǎng)關(guān)應用，可實(shí)現工程車(chē)輛遠程維護、控制以及云端多車(chē)協(xié)同控制。

3　案例意義

該項目利用東土邊緣通用控制器將視覺(jué)系統、算法系統和實(shí)時(shí)控制系統高度融合的工程車(chē)輛自動(dòng)駕駛系統案例，實(shí)現高精度、快速響應的自動(dòng)駕駛技術(shù)。邊緣通用控制器實(shí)現工程車(chē)輛控制、視覺(jué)分析、自動(dòng)駕駛、上云連接；邊緣通用控制器可通過(guò)本地HDMI接口實(shí)現畫(huà)面展示，拓展人機互動(dòng)；系統擴展方便，可靈活接入其他設備，如熱成像攝像頭等，實(shí)現系統靈活升級。

未來(lái)，基于東土科技邊緣通用控制器，將大力推進(jìn)工程車(chē)輛從人工操控到自動(dòng)駕駛的智能化升級進(jìn)程。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年12月刊