某大型商用車制造商正在測試轉(zhuǎn)臺上測試多種動力總成配置，包括柴油發(fā)動機(jī)、燃料電池和電驅(qū)系統(tǒng)。為確保測試結(jié)果的可復(fù)現(xiàn)性，Softing Engineering & Solutions 公司開發(fā)設(shè)計(jì)的車輛遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過采用倍福 EtherCAT 總線與嵌入式控制器，直接接入卡車 CAN 總線系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對換擋等功能的精準(zhǔn)控制。
緊湊型控制盒通過車輛專用適配器線束與車載電子系統(tǒng)連接?？刂坪薪邮战?jīng) TwinCAT 軟件修改的 CAN 報(bào)文，并將其注入車輛通信系統(tǒng)
該商用車制造商在 Wörth 工廠的從道路到實(shí)驗(yàn)室（Road-to-Rig，R2R）試驗(yàn)臺上對其旗下各品牌銷往全球的所有車型系列進(jìn)行測試。這套系統(tǒng)可初步展示在 R2R 試驗(yàn)臺上模擬的各種環(huán)境條件與動態(tài)駕駛場景：通過大功率風(fēng)扇和巨型冷卻裝置，能夠生成變化多端的氣候環(huán)境以及時速達(dá) 100 公里的模擬氣流。“該商用車制造商借助該試驗(yàn)臺驗(yàn)證不同動力總成配置在實(shí)際工況下與車輛其它功能系統(tǒng)、車輛上層結(jié)構(gòu)及駕駛室的協(xié)同表現(xiàn)。”倍福汽車行業(yè)經(jīng)理 Jörg Rottkord 表示。典型測試項(xiàng)目包括各類電池與氫燃料電池的續(xù)航研究，以及柴油卡車的能耗與尾氣排放測量。
由于車輛抵達(dá)試驗(yàn)臺時測量設(shè)備已準(zhǔn)備就緒，測試人員僅需完成卡車的就位調(diào)試，即用鏈條將車輛牢固固定，并為各項(xiàng)測試做好準(zhǔn)備。此項(xiàng)工作還包括安裝遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，并將其與車載電子設(shè)備相連接。
01
試驗(yàn)臺電子系統(tǒng)控制換擋與油門踏板位置
通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，工作人員可從控制站經(jīng)由試驗(yàn)臺自動化系統(tǒng)，遠(yuǎn)程操控車輛的重要功能，包括駕駛模式、擋位選擇、巡航控制、緩速器及油門踏板位置等。“這使得商用車制造商能夠在試驗(yàn)臺上，以真實(shí)駕駛環(huán)境完成諸多復(fù)雜測量，并獲得高度可重復(fù)的結(jié)果。”Tobias Kolb 博士著重強(qiáng)調(diào)了該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的優(yōu)勢。
系統(tǒng)由一個安裝在車輛內(nèi)的緊湊型控制盒（通過車輛專用適配器線束與車載電子系統(tǒng)連接）、控制站內(nèi)的另一個接收盒，以及用作為試驗(yàn)臺自動化接口的倍福嵌入式控制器。遠(yuǎn)程控制盒將試驗(yàn)臺自動化系統(tǒng)的設(shè)定值轉(zhuǎn)換為適用于車輛 CAN 總線的對應(yīng)報(bào)文，并輸入車載電子系統(tǒng)。“為此，我們會在車輛 CAN 總線的合適節(jié)點(diǎn)處將其斷開。”在 Softing Engineering & Solutions 公司從事汽車試驗(yàn)臺開發(fā)工作的 Tobias Kolb 博士解釋道。
02
基于 PC 的控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)車載電子系統(tǒng)接入
盡管聽起來簡單，但該過程實(shí)際需要大量專業(yè)技術(shù)知識。測試流程的控制離不開車輛通用動力總成控制器的數(shù)據(jù)支持。此外，必須對特定 CAN 報(bào)文（如用于換擋控制的指令）進(jìn)行篩選、重構(gòu)，并通過校驗(yàn)驗(yàn)證后重新注入數(shù)據(jù)流。
為此，Softing 采用了我們提供的 CX20x0 嵌入式控制器與帶有多路 CAN 接口 的 EtherCAT 端子模塊 EL6751。”
—— 倍福汽車行業(yè)經(jīng)理
Jörg Rottkord
“然而，必須采用智能方法來篩選整車 CAN 網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文。”負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程控制編程的 David Welsch 指出。例如，系統(tǒng)僅需提取待修正的報(bào)文，經(jīng)修改后重新注入車輛網(wǎng)絡(luò)。以換擋操作為例，其設(shè)定值隨后將由試驗(yàn)臺自動化系統(tǒng)發(fā)出。倍福 TwinCAT 軟件會實(shí)時計(jì)算所需數(shù)據(jù)，并將其寫入對應(yīng) CAN 幀。“隨后，系統(tǒng)會以正確的 CAN 報(bào)文標(biāo)識符和校驗(yàn)，將該幀實(shí)時發(fā)送回車輛。”Tobias Kolb 博士解釋道。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的兩大核心功能包括通過雙通道 EtherCAT 端子模塊 EL2502 生成雙路反向 PWM 信號，分別模擬換擋指令與油門踏板傳感器信號。
03
基于 PC 的控制技術(shù)助力實(shí)現(xiàn)可復(fù)現(xiàn)測試流程
以往駕駛員需在極端溫度環(huán)境下手動執(zhí)行測試流程，如今該商用車制造商借助遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，能夠以高精度與可重復(fù)性完成多樣化測試場景 — 既可按照預(yù)設(shè)序列全自動運(yùn)行，也可根據(jù)需要通過控制站手動操控。“自動化流程與可復(fù)現(xiàn)的結(jié)果帶來了巨大的附加值。”Jörg Rottkord 強(qiáng)調(diào)道。
遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)開發(fā)者 Tobias Kolb 博士指出選擇基于 PC 的控制技術(shù)的兩大理由：嵌入式控制器與 EtherCAT 端子模塊采用模塊化緊湊型設(shè)計(jì)，且軟硬件成本顯著低于傳統(tǒng)的快速原型系統(tǒng)。“由于 TwinCAT 可作為免費(fèi)開發(fā)環(huán)境使用，實(shí)際僅需支付 Runtime 授權(quán)費(fèi)用。”Tobias Kolb 博士補(bǔ)充道。“我們還能直接在搭載 Windows 系統(tǒng)的 CX20x0 嵌入式控制器上運(yùn)行該開發(fā)系統(tǒng)。
基于 PC 的控制技術(shù)的還有一個重要優(yōu)勢，即通過采用相同規(guī)格但不同 CPU 的嵌入式控制器，可輕松按需調(diào)整計(jì)算性能。”
—— Jörg Rottkord
基于 PC 的控制的靈活性與開放性幫助 Tobias Kolb 博士解決了一個配置難題：“部分車輛以 500 kbit/s 的速率下進(jìn)行信息傳輸，其它車輛則采用 667 kbit/s。因此，在車輛更換操作過程中，CAN 接口需具備在運(yùn)行狀態(tài)下在這兩種比特率之間進(jìn)行切換的能力。“倍福提供的示例程序?yàn)樵摴δ艿膶?shí)現(xiàn)提供了極大助力。”David Welsch 補(bǔ)充道。
遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)共采用四路 CAN 接口：其中兩路負(fù)責(zé)與卡車進(jìn)行報(bào)文收發(fā)通信，另外兩路用于集成既有系統(tǒng)以及在異步模式下配置其它 CAN 設(shè)備。“這正是對基于 PC 的控制技術(shù)的模塊化特性與易擴(kuò)展性優(yōu)勢的生動體現(xiàn)，特別是考慮到未來新一代車輛將采用 CAN FD 作為通信系統(tǒng)。”Jörg Rottkord 強(qiáng)調(diào)。倍福通過 EtherCAT 端子模塊 EL6753 支持 CAN FD 物理層，該模塊既能處理靈活數(shù)據(jù)速率（FD），也可支持最高 64 字節(jié)的擴(kuò)展數(shù)據(jù)字段。其強(qiáng)大的 CANopen 協(xié)議實(shí)現(xiàn)方案可確保任何 CANopen 設(shè)備都能無縫集成到 EtherCAT 端子模塊網(wǎng)絡(luò)中。
項(xiàng)目參與者合影（從左至右）：Franek Dodek（倍福巴林根分公司銷售）、David Welsch （軟件開發(fā)工程師）、Carsten Hafner（戴姆勒卡車公司高級試驗(yàn)臺工程師）、Tobias Kolb 博士（Softing Engineering & Solutions 公司汽車試驗(yàn)臺開發(fā)者）、Max Brunner（倍福慕尼黑分公司銷售工程師）和 Jörg Rottkord（倍福汽車行業(yè)經(jīng)理）
TwinSAFE 為安全運(yùn)行保駕護(hù)航
安全在試驗(yàn)臺技術(shù)中至關(guān)重要，就試驗(yàn)臺遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)而言，它采用 Safety over EtherCAT（FSoE）協(xié)議與 TwinSAFE 端子模塊實(shí)現(xiàn)安全保障。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過觸點(diǎn)接入樓宇自動化系統(tǒng)的急?；芈贰＼囕v與控制站內(nèi)均裝有急停裝置，觸發(fā)時即切斷與車輛的通信。此時卡車將進(jìn)入緊急模式，試驗(yàn)臺切換至安全狀態(tài)。此外，系統(tǒng)通過試驗(yàn)臺與遠(yuǎn)程控制經(jīng)由 EtherCAT 交換的生命周期位，持續(xù)監(jiān)測通信狀態(tài)。
“我們將這款遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)視為眾多汽車項(xiàng)目的標(biāo)桿方案。”Tobias Kolb 博士強(qiáng)調(diào)該方案的潛力時指出。借助倍福開放式模塊化的控制技術(shù)與 EtherCAT，能夠以高性價比實(shí)現(xiàn)接試驗(yàn)臺與配備各類外圍設(shè)備的車輛之間的高效網(wǎng)關(guān)連接。
關(guān)于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于1980年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術(shù)的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、I/O 和現(xiàn)場總線組件、驅(qū)動技術(shù)、自動化軟件、無控制柜解決方案以及工業(yè)圖像解決方案既可作為獨(dú)立的組件使用，也可將它們集成到一個完整的控制系統(tǒng)中，適用于各個行業(yè)領(lǐng)域。經(jīng)過40多年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立40家分支機(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及75個國家和地區(qū)。
倍福于1997年進(jìn)入中國市場，中國區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工350人，辦事處遍及國內(nèi)30座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、光伏太陽能、風(fēng)力發(fā)電、鋰電池制造、電子制造、汽車制造、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、煙草機(jī)械、塑料加工、物流輸送、流程工業(yè)以及智能建筑等眾多領(lǐng)域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)于2014年成為中國國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)。倍?；赑C的控制技術(shù)具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將IT技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術(shù)完美融合在一起，為實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。
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