某大型商用車制造商正在測試轉(zhuǎn)臺(tái)上測試多種動(dòng)力總成配置，包括柴油發(fā)動(dòng)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 GmbH 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。

　　全自動(dòng)化測試流程通過控制站啟動(dòng)并監(jiān)測，安裝在駕駛室內(nèi)的攝像頭則作為視覺控制節(jié)點(diǎn)

　　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(tái)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(tái)上模擬的各種環(huán)境條件與動(dòng)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(shí)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(tái)驗(yàn)證不同動(dòng)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(tái)時(shí)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。

　　試驗(yàn)臺(tái)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(tái)自動(dòng)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(tái)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(gè)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(gè)接收盒，以及用作為試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)化接口的倍福嵌入式控制器。遠(yuǎn)程控制盒將試驗(yàn)臺(tái)自動(dòng)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(huì)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(tái)開發(fā)工作的 Tobias Kolb 博士解釋道。

　　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(tái)工程師）、Tobias Kolb 博士（Softing Engineering & Solutions 公司汽車試驗(yàn)臺(tái)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）

　　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(dòng)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 介紹道。

　　“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(tái)自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)出。倍福 TwinCAT 軟件會(huì)實(shí)時(shí)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(huì)以正確的 CAN 報(bào)文標(biāo)識符和校驗(yàn)，將該幀實(shí)時(shí)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。

　　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(dòng)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(dòng)運(yùn)行，也可根據(jù)需要通過控制站手動(dòng)操控。“自動(dòng)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)。”David Welsch 進(jìn)一步表示。其性能完全滿足 1 ms 周期時(shí)間要求，且為未來可能增加的 CAN 報(bào)文計(jì)算任務(wù)預(yù)留充足余量。“基于 PC 的控制技術(shù)的還有一個(gè)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 進(jìn)一步指出。

　　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。控制盒接收經(jīng) TwinCAT 軟件修改的 CAN 報(bào)文，并將其注入車輛通信系統(tǒng)

　　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(gè)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(dòng)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。

　　TwinSAFE 為安全運(yùn)行保駕護(hù)航

　　安全在試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)中至關(guān)重要，就試驗(yàn)臺(tái)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(dòng)化系統(tǒng)的急停回路。車輛與控制站內(nèi)均裝有急停裝置，觸發(fā)時(shí)即切斷與車輛的通信。此時(shí)卡車將進(jìn)入緊急模式，試驗(yàn)臺(tái)切換至安全狀態(tài)。此外，系統(tǒng)通過試驗(yàn)臺(tái)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(shí)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(jià)比實(shí)現(xiàn)接試驗(yàn)臺(tái)與配備各類外圍設(shè)備的車輛之間的高效網(wǎng)關(guān)連接。

　　在某商用車制造商的 R2R 試驗(yàn)臺(tái)上，純電動(dòng)、燃料電池及傳統(tǒng)柴油卡車正在真實(shí)路況下進(jìn)行全自動(dòng)測試

　　用于遠(yuǎn)程車輛控制與樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)對接、配備 CX20x2 嵌入式控制器（下）的控制柜位于試驗(yàn)臺(tái)底層

　　遠(yuǎn)程控制盒通過 EtherCAT 端子模塊 EL6751 采集 CAN 報(bào)文，經(jīng)由 CX20x0 嵌入式控制器根據(jù)測試順序進(jìn)行實(shí)時(shí)修正后，重新發(fā)送至卡車的各控制單元

　　全自動(dòng)化測試流程通過控制站啟動(dòng)并監(jiān)測，安裝在駕駛室內(nèi)的攝像頭則作為視覺控制節(jié)點(diǎn)

         關(guān)于德國倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專注于自動(dòng)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(dòng)化技術(shù)的驅(qū)動(dòng)者，倍福定義了自動(dòng)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(dòng)者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品和 TwinCAT 自動(dòng)化軟件構(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個(gè)工控領(lǐng)域提供開放式自動(dòng)化系統(tǒng)和完整的解決方案。經(jīng)過 40 年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立 30 多家分支機(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及 70 多個(gè)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 300 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)用于風(fēng)力發(fā)電、半導(dǎo)體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機(jī)械、印刷機(jī)械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機(jī)械、物流輸送以及樓宇自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實(shí)時(shí)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(dòng)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)。倍福基于 PC 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(dòng)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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