1　背景

重型运输车辆、大型吊车、挖掘机、推土机、压路机、装载机等都是常见的工程车辆。大多数工程车辆的工作环境比较恶劣，一般是在环境较差的路面或作业场所行驶和作业，驾驶员容易受到各种类型的冲击、震动、噪音的危害，对驾驶员的身体造成很大伤害，也会影响作业效率。因此，工程车辆无人驾驶、自动驾驶和远程操控技术的研发和应用越来越受人们的重视。

先进的感知系统，如热成像系统、视觉系统、雷达系统等为工程机械赋予感知能力；先进的算法系统和自动控制系统，赋予工程机械“智慧大脑”，使工程车辆自动驾驶和远程操控成为可能。未来，为了提高工程车辆施工的生产效率及生产质量，需要无人驾驶及多车协同驾驶技术，辅助雷达或摄像头等视觉设备与自动驾驶应用配合，因此需要硬件平台具备一定计算能力，将原车载PLC控制器通过无线网关接入更上层“控制器”，由更上层的“控制器”来协同控制各个车辆。

2　案例介绍

东土科技在重型压路机自动驾驶领域的某个案例，原工程车辆包含专用的车载PLC控制器，包含若干本地I/O通道，连接车载传感器等信号。控制器与驾驶室显示器、按键板、发动机ECU等采用CAN总线连接，原车辆进行人工手动操作。

压路机实现无人驾驶需要增加视觉辅助以及自动驾驶算法，传统车载PLC控制器，由于其性能单一、通信能力差、计算能力差，通常需要额外的工控机设备来专门完成相应的自动驾驶、视觉处理任务以及额外的通信设备来实现协同控制。因此，需要提供一个面向自动驾驶、协同控制应用的新型车载控制平台，支持原工程车辆PLC控制器控制功能，并提供丰富接口以连接视觉辅助、雷达、无线网关等外设，提供强大的计算能力，以支持自动驾驶、多车协同控制应用。

东土科技NewPre边缘通用控制器系列，集成视觉信号、算法控制、运动控制等功能，融合软件和硬件，实现车辆自动驾驶；其搭载全自主可控软件定义控制的系统，允许实时系统和非实时系统隔离运行于同一硬件平台，通过共享内存技术实现工程车辆自动控制和远程操控快速响应。在工程车辆领域，通过现场使用一台NewPre边缘通用控制器，运行多个PLC内核，利用预装的 INTEWELL工业级网络操作系统，将NewPre边缘通用控制器虚拟成多个实时系统和非实时系统，并集成边缘计算、过程控制、机器视觉、模拟仿真、人工智能等技术，完成在工程车辆领域设备控制、信息采集、协议转换、数据上云等多重功能。

图1 系统架构

系统架构如图1所示，具体介绍如下：

（1）东土科技NewPre边缘通用控制器，集边缘运算、过程控制、运动控制和机器视觉等功能于一身，作为自动工程车辆的控制系统；

（2）信号采集采用分布式I/O模块方案，边缘通用控制器与I/O模块之间采用两线CAN总线连接；

（3）边缘通用控制器与车载各ECU、驾驶室物理开关、显示器、驾驶辅助GPS模块之间采用CAN总线连接，与驾驶辅助摄像头之间采用以太网连接；

（4）利用边缘通用控制器预装的INTEWELL工业级网络操作系统，提供高实时虚拟化特性；利用软件定义一个实时系统（PLC）用于工程机械的控制，定义一个桌面系统用于集成自动驾驶算法以及视觉处理，如图2所示；

图2 软件系统

（5）利用共享内存技术，实现桌面系统与实时系统快速数据交互，实现基于视觉信号和雷达信号的快速控制响应，提高控制灵敏度和控制精度，解决了传统方案基于视觉控制响应速度慢的难题；

（6）内置的Wi-Fi/4G/5G模块，结合软网关应用，可实现工程车辆远程维护、控制以及云端多车协同控制。

3　案例意义

该项目利用东土边缘通用控制器将视觉系统、算法系统和实时控制系统高度融合的工程车辆自动驾驶系统案例，实现高精度、快速响应的自动驾驶技术。边缘通用控制器实现工程车辆控制、视觉分析、自动驾驶、上云连接；边缘通用控制器可通过本地HDMI接口实现画面展示，拓展人机互动；系统扩展方便，可灵活接入其他设备，如热成像摄像头等，实现系统灵活升级。

未来，基于东土科技边缘通用控制器，将大力推进工程车辆从人工操控到自动驾驶的智能化升级进程。

摘自《自动化博览》2020年12月刊