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1　背景

重型運輸車輛、大型吊車、挖掘機、推土機、壓路機、裝載機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)場所行駛和作業(yè)，駕駛員容易受到各種類型的沖擊、震動、噪音的危害，對駕駛員的身體造成很大傷害，也會影響作業(yè)效率。因此，工程車輛無人駕駛、自動駕駛和遠程操控技術(shù)的研發(fā)和應用越來越受人們的重視。

先進的感知系統(tǒng)，如熱成像系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)等為工程機械賦予感知能力；先進的算法系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)，賦予工程機械“智慧大腦”，使工程車輛自動駕駛和遠程操控成為可能。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，需要無人駕駛及多車協(xié)同駕駛技術(shù)，輔助雷達或攝像頭等視覺設備與自動駕駛應用配合，因此需要硬件平臺具備一定計算能力，將原車載PLC控制器通過無線網(wǎng)關(guān)接入更上層“控制器”，由更上層的“控制器”來協(xié)同控制各個車輛。

2　案例介紹

東土科技在重型壓路機自動駕駛領(lǐng)域的某個案例，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。控制器與駕駛室顯示器、按鍵板、發(fā)動機ECU等采用CAN總線連接，原車輛進行人工手動操作。

壓路機實現(xiàn)無人駕駛需要增加視覺輔助以及自動駕駛算法，傳統(tǒng)車載PLC控制器，由于其性能單一、通信能力差、計算能力差，通常需要額外的工控機設備來專門完成相應的自動駕駛、視覺處理任務以及額外的通信設備來實現(xiàn)協(xié)同控制。因此，需要提供一個面向自動駕駛、協(xié)同控制應用的新型車載控制平臺，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、無線網(wǎng)關(guān)等外設，提供強大的計算能力，以支持自動駕駛、多車協(xié)同控制應用。

東土科技NewPre邊緣通用控制器系列，集成視覺信號、算法控制、運動控制等功能，融合軟件和硬件，實現(xiàn)車輛自動駕駛；其搭載全自主可控軟件定義控制的系統(tǒng)，允許實時系統(tǒng)和非實時系統(tǒng)隔離運行于同一硬件平臺，通過共享內(nèi)存技術(shù)實現(xiàn)工程車輛自動控制和遠程操控快速響應。在工程車輛領(lǐng)域，通過現(xiàn)場使用一臺NewPre邊緣通用控制器，運行多個PLC內(nèi)核，利用預裝的 INTEWELL工業(yè)級網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，將NewPre邊緣通用控制器虛擬成多個實時系統(tǒng)和非實時系統(tǒng)，并集成邊緣計算、過程控制、機器視覺、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，集邊緣運算、過程控制、運動控制和機器視覺等功能于一身，作為自動工程車輛的控制系統(tǒng)；

（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裝的INTEWELL工業(yè)級網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，提供高實時虛擬化特性；利用軟件定義一個實時系統(tǒng)（PLC）用于工程機械的控制，定義一個桌面系統(tǒng)用于集成自動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)，實現(xiàn)桌面系統(tǒng)與實時系統(tǒng)快速數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)基于視覺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(tǒng)方案基于視覺控制響應速度慢的難題；

（6）內(nèi)置的Wi-Fi/4G/5G模塊，結(jié)合軟網(wǎng)關(guān)應用，可實現(xiàn)工程車輛遠程維護、控制以及云端多車協(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系統(tǒng)、算法系統(tǒng)和實時控制系統(tǒng)高度融合的工程車輛自動駕駛系統(tǒng)案例，實現(xiàn)高精度、快速響應的自動駕駛技術(shù)。邊緣通用控制器實現(xiàn)工程車輛控制、視覺分析、自動駕駛、上云連接；邊緣通用控制器可通過本地HDMI接口實現(xiàn)畫面展示，拓展人機互動；系統(tǒng)擴展方便，可靈活接入其他設備，如熱成像攝像頭等，實現(xiàn)系統(tǒng)靈活升級。

未來，基于東土科技邊緣通用控制器，將大力推進工程車輛從人工操控到自動駕駛的智能化升級進程。

摘自《自動化博覽》2020年12月刊