1　背景

重型運(yùn)輸車輛、大型吊車、挖掘機(jī)、推土機(jī)、壓路機(jī)、裝載機(jī)等都是常見的工程車輛。大多數(shù)工程車輛的工作環(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型的沖擊、震動(dòng)、噪音的危害，對(duì)駕駛員的身體造成很大傷害，也會(huì)影響作業(yè)效率。因此，工程車輛無(wú)人駕駛、自動(dòng)駕駛和遠(yuǎn)程操控技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用越來越受人們的重視。

先進(jìn)的感知系統(tǒng)，如熱成像系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)等為工程機(jī)械賦予感知能力；先進(jìn)的算法系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)，賦予工程機(jī)械“智慧大腦”，使工程車輛自動(dòng)駕駛和遠(yuǎn)程操控成為可能。未來，為了提高工程車輛施工的生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量，需要無(wú)人駕駛及多車協(xié)同駕駛技術(shù)，輔助雷達(dá)或攝像頭等視覺設(shè)備與自動(dòng)駕駛應(yīng)用配合，因此需要硬件平臺(tái)具備一定計(jì)算能力，將原車載PLC控制器通過無(wú)線網(wǎng)關(guān)接入更上層“控制器”，由更上層的“控制器”來協(xié)同控制各個(gè)車輛。

2　案例介紹

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

壓路機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛需要增加視覺輔助以及自動(dòng)駕駛算法，傳統(tǒng)車載PLC控制器，由于其性能單一、通信能力差、計(jì)算能力差，通常需要額外的工控機(jī)設(shè)備來專門完成相應(yīng)的自動(dòng)駕駛、視覺處理任務(wù)以及額外的通信設(shè)備來實(shí)現(xiàn)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(yīng)用的新型車載控制平臺(tái)，支持原工程車輛PLC控制器控制功能，并提供豐富接口以連接視覺輔助、雷達(dá)、無(wú)線網(wǎng)關(guān)等外設(shè)，提供強(qiáng)大的計(jì)算能力，以支持自動(dòng)駕駛、多車協(xié)同控制應(yīng)用。

東土科技NewPre邊緣通用控制器系列，集成視覺信號(hào)、算法控制、運(yùn)動(dòng)控制等功能，融合軟件和硬件，實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)駕駛；其搭載全自主可控軟件定義控制的系統(tǒng)，允許實(shí)時(shí)系統(tǒng)和非實(shí)時(shí)系統(tǒng)隔離運(yùn)行于同一硬件平臺(tái)，通過共享內(nèi)存技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程車輛自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程操控快速響應(yīng)。在工程車輛領(lǐng)域，通過現(xiàn)場(chǎng)使用一臺(tái)NewPre邊緣通用控制器，運(yùn)行多個(gè)PLC內(nèi)核，利用預(yù)裝的 INTEWELL工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，將NewPre邊緣通用控制器虛擬成多個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)和非實(shí)時(shí)系統(tǒng)，并集成邊緣計(jì)算、過程控制、機(jī)器視覺、模擬仿真、人工智能等技術(shù)，完成在工程車輛領(lǐng)域設(shè)備控制、信息采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)上云等多重功能。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)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(yùn)算、過程控制、運(yùn)動(dòng)控制和機(jī)器視覺等功能于一身，作為自動(dòng)工程車輛的控制系統(tǒng)；

（2）信號(hào)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CAN總線連接；

（3）邊緣通用控制器與車載各ECU、駕駛室物理開關(guān)、顯示器、駕駛輔助GPS模塊之間采用CAN總線連接，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(yù)裝的INTEWELL工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，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(tǒng)（PLC）用于工程機(jī)械的控制，定義一個(gè)桌面系統(tǒng)用于集成自動(dòng)駕駛算法以及視覺處理，如圖2所示；

圖2 軟件系統(tǒng)

（5）利用共享內(nèi)存技術(shù)，實(shí)現(xiàn)桌面系統(tǒng)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)快速數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)基于視覺信號(hào)和雷達(dá)信號(hào)的快速控制響應(yīng)，提高控制靈敏度和控制精度，解決了傳統(tǒng)方案基于視覺控制響應(yīng)速度慢的難題；

（6）內(nèi)置的Wi-Fi/4G/5G模塊，結(jié)合軟網(wǎng)關(guān)應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)工程車輛遠(yuǎn)程維護(hù)、控制以及云端多車協(xié)同控制。

3　案例意義

該項(xiàng)目利用東土邊緣通用控制器將視覺系統(tǒng)、算法系統(tǒng)和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)高度融合的工程車輛自動(dòng)駕駛系統(tǒng)案例，實(shí)現(xiàn)高精度、快速響應(yīng)的自動(dòng)駕駛技術(shù)。邊緣通用控制器實(shí)現(xiàn)工程車輛控制、視覺分析、自動(dòng)駕駛、上云連接；邊緣通用控制器可通過本地HDMI接口實(shí)現(xiàn)畫面展示，拓展人機(jī)互動(dòng)；系統(tǒng)擴(kuò)展方便，可靈活接入其他設(shè)備，如熱成像攝像頭等，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)靈活升級(jí)。

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

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年12月刊