底盤是影響車輛性能的關鍵因素，最終也塑造了品牌的辨識度。因此，梅賽德斯-奔馳在研發(fā)道路上始終秉持著精益求精的態(tài)度，不遺余力地在多個精密的試驗臺上對底盤特性進行全方位測試。梅賽德斯-奔馳和系統(tǒng)集成商 DynoTec Prüfstandstechnik 采用倍福的 EtherCAT、TwinCAT 和 ELM 系列精密測量端子模塊進行升級改造。

　　在位于德國辛德爾芬根的梅賽德斯技術中心（MTC），車橋在四個精心設計的試驗臺上接受最高精度的檢測，同時進行道路測試和仿真。其目旨在驗證制造流程，深入分析車輛所特有的異?，F(xiàn)象，進而精準識別并確定引發(fā)這些異?，F(xiàn)象的具體部件。為此，開發(fā)人員以極高的精度和可重復性對車輛施加力/位移和扭矩，并監(jiān)測和詳細記錄車輛所產(chǎn)生的各種反應。這樣就可以快速、可靠地記錄底盤的懸掛系統(tǒng)、運動學和彈性運動學數(shù)據(jù)。此外，這些數(shù)據(jù)還能以特性圖、特性曲線和特性數(shù)據(jù)集的形式對進行全面而客觀的呈現(xiàn)與解析。隨后詳細比對大約 90 項關鍵參數(shù)與車輛的數(shù)字孿生模型。此舉不僅保護了研發(fā)車輛/樣車的安全，而且也極大地保障了梅賽德斯-奔馳汽車駕駛特性這一關鍵領域的數(shù)字化系統(tǒng)開發(fā)過程。“因此，試驗臺在梅賽德斯-奔馳汽車的開發(fā)流程中扮演著至關重要的角色，確保部件設計、仿真、試驗臺測試和道路性能等參數(shù)能夠協(xié)同工作。”梅賽德斯-奔馳位于辛德爾芬根的底盤分析團隊成員 Uwe Lochner 強調(diào)道。

　　駕駛動態(tài)特性試驗臺精密改裝背后的“智囊團”：梅賽德斯-奔馳底盤分析團隊的 Uwe Lochner（第一排左起）和辛德爾芬根梅賽德斯-奔馳底盤分析團隊負責人 Dr.-Ing. Frank Dettki、Walter Selg（第二排左起）和 DynoTec Prüfstandstechnik 公司總經(jīng)理 Rainer Fischer 以及倍福巴林根分公司銷售工程師 Dieter Völkle

　　在檢查底盤時，首先使用前軸千斤頂將車輛架設在試驗臺上，然后通過四個液壓千斤頂進行精準定位并牢固固定。然后加載和精確測量車橋。“當我們提及精度二字，我們指的是以極高的采樣率進行測量，確保距離誤差不超過 0.1 毫米，角度誤差控制在 0.1° 以內(nèi)，并且在頻率低于 2 Hz 時仍能保持這樣的高精度。”負責設計和實施升級改造的系統(tǒng)集成商 DynoTec Prüfstandstechnik GmbH 總經(jīng)理 Walter Selg 解釋道。在激勵階段，大量傳感器同步工作，精準地記錄位移、角度、力和扭矩等各項數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)都通過倍?；?PC 的控制系統(tǒng)實時同步顯示在試驗臺的顯示器上，供操作人員即時參考與分析，并同時傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。“在測試運行結束后，系統(tǒng)會自動處理所有測量值，并在結果報告中清晰顯示任何可能存在的超限情況。”Walter Selg 補充道?；谠敱M的測試結果分析，Uwe Lochner 與其團隊成員將共同評估并決定車輛是否需要繼續(xù)進行進一步測試，或者需要更深入的分析以及必要的機械調(diào)整與優(yōu)化。

　　分階段升級改造

　　梅賽德斯-奔馳運用戴姆勒股份公司精心研發(fā)的 Hydromat 信號處理組件，對試驗臺的特定部分實施了多次升級與優(yōu)化。Hydromat 是一種用于精密試驗臺的模塊化控制系統(tǒng)，它全面集成了設定值輸入、測量值處理、輸出級控制以及監(jiān)控功能。早在 2000 年代初，試驗臺的控制功能就已交由 dSpace 公司的 RCP（快速控制原型）系統(tǒng)處理。鑒于 Hydromat 系統(tǒng)其余功能的研發(fā)工作已告一段落，且備件采購的難度與當前在用的控制系統(tǒng)不相上下，梅賽德斯-奔馳公司決定委托 DynoTec 公司，為試驗臺量身定制并實施一套一套全新的、高度集成的自動化解決方案。現(xiàn)代化改造的關鍵前提在于：保留試驗臺的模塊化設計。

　　“我們的初步方案是在市場上尋找一款能夠全面覆蓋 HHydromat 所有功能特性的系列產(chǎn)品。”Uwe Lochner 解釋道。此外，他們還需要更換長達 30 米的模擬信號線。“我們并沒有找到可以直接替代 Hydromat 的系列產(chǎn)品，但幸運的是，我們在倍福發(fā)現(xiàn)了一套極具潛力的開放式自動化平臺與生態(tài)系統(tǒng)，它完美融合了 EtherCAT 端子模塊、控制器和開發(fā)環(huán)境。”Uwe Lochner 在回憶他參加的一次展會經(jīng)歷時說道。另一個重要的考量標準是 EtherCAT 協(xié)議的良好開放性。這意味著他們不必完全依賴倍福提供的組件。它們只需要配備與 RCP 系統(tǒng)連接的 EtherCAT 接口。

　　DynoTec 公司總經(jīng)理 Rainer Fischer 解釋道：“這讓我們有機會實現(xiàn)一種集成分布式數(shù)據(jù)記錄和數(shù)字測量信號傳輸功能的試驗臺方案，它在布線和信號質(zhì)量上盡顯其卓越優(yōu)勢。”DynoTec 在驗證和評估這一方案時， 研究了一系列關鍵問題：

　　有哪些理想的連接方法（同步/異步、主從、從從或分布式時鐘）可用于集成 RCP 系統(tǒng)？

　　不同制造商生產(chǎn)的模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的信號質(zhì)量相較于當前系統(tǒng)表現(xiàn)如何？

　　哪些 RCP 系統(tǒng)任務 Runtime 是由配置產(chǎn)生的？

　　已過時的集中式 PLC 技術現(xiàn)已被分布式控制柜所取代，EtherCAT 端子模塊被巧妙地安裝控制柜的四個插孔上?？刂乒駜?nèi)集成了測量值采集和伺服閥控制組件，這些組件協(xié)同工作，以實現(xiàn)對插孔在 x、y、z 三個軸向上的精確調(diào)節(jié)，以及繞 z 軸的旋轉(zhuǎn)控制。PLC 任務以及相應的 HMI 在 CX5140 嵌入式控制器上運行。通過高性能硬件配置，可以在適合控制柜安裝的 CP2219 多點觸控面板型 PC 上詳細查看系統(tǒng)狀態(tài)和錯誤歷史記錄。C5240 19 英寸抽拉式工業(yè) PC 用于完成測量任務并實時可視化測量結果。TwinCAT 3 HMI Server (TF2000) 軟件支持可視化功能。試驗臺中的所有計算機都通過 TwinCAT ADS 與上一級操作計算機相連。在整個系統(tǒng)中，倍?？刂葡到y(tǒng)用作主站，通過 UDP 通信觸發(fā) RCP 系統(tǒng)，以實現(xiàn)高水平的時間精度和控制質(zhì)量。

　　乍一看，試驗臺的測量技術含量并不高：共有總采樣率為 680 ksps 的 136 個輸入通道；總采樣率為 180 ksps 的 36 個輸出通道

　　高分辨率和采樣率

　　ELM3xxx 測量端子模塊具備的高采樣率、EtherCAT 的高速數(shù)據(jù)傳輸能力以及直接在四個液壓千斤頂上進行的簡單、緊湊和模塊化的數(shù)據(jù)記錄是 DynoTec 和梅賽德斯-奔馳選擇倍福的重要因素。“總而言之，我們的標準化系統(tǒng)技術完美融合了傳統(tǒng) PLC 的功能與尖端的測量技術，確保了顯著的成本優(yōu)勢。”Rainer Fischer 總結道。“即便面對試驗臺對測量技術提出的高帶寬和高分辨率的要求，我們的系統(tǒng)依然能夠輕松應對。”倍福德國巴林根分公司負責該項目的 Dieter Völkle 補充道。

　　在試運行期間，系統(tǒng)最多可同步記錄 136 個測量通道，每個通道支持高達 5 ksps（可選 10 ksps）的采樣率，即總采樣率可達 680 ksps。此外，我們的系統(tǒng)還集成了 36 個設定值或輸出通道，每個通道的數(shù)據(jù)傳輸速率可達 5 ksps，同時還配備了約 300 個以 100 sps 速率記錄事后診斷數(shù)據(jù)的通道。每個試驗臺上還外接了一個信號測量端子盒。每個測量端子盒有 16 個用于特殊測量技術的模擬量輸入和 16 個模擬量輸出。例如，這些輸出可提供任何測量通道，與安裝在車輛上的測量技術同步記錄輸出。

　　試驗臺上的空間和時間總是有限的

　　結構緊湊的 EtherCAT 端子模塊能夠顯著簡化信號記錄流程，并有效減少所需的空間?？刂乒瘳F(xiàn)在變得更加整潔，有助于快速排查和糾正故障。“我們節(jié)省了試驗臺上五分之一的計算機控制柜。”Uwe Lochner 補充道。在車輛測試中，時間因素與空間因素同樣至關重要。而基于 PC 的控制技術的模塊化結構也帶來了顯著優(yōu)勢，由于模塊化設計提高了組件的重用性和互操作性，因此能夠明顯加快轉(zhuǎn)換其它試驗臺的過程。“相較于第一個試驗臺的轉(zhuǎn)換過程，我們在轉(zhuǎn)換最后一個試驗臺時成功將停機時間縮短 30% 以上。”DynoTec 公司的 Rainer Fischer 說道。

　　由于 TwinCAT Analytics Logger 已被規(guī)劃為下一擴展階段的要使用的工具，我們未來將能夠便捷地訪問這四個測試臺的測量數(shù)據(jù)，從而能夠在日后進行處理。實時數(shù)據(jù)記錄器配置簡單，可將所有測量數(shù)據(jù)流傳輸至中央存儲位置，因此也簡化了所有試驗臺的后處理流程。通過 TwinCAT Analytics 可以在線分析歷史數(shù)據(jù)和實時測量數(shù)據(jù)。

　　對于試驗臺領域的佼佼者 DynoTec 而言，這個項目對測量技術和控制任務提出了極高要求，它的成功實施充分證明了使用 EtherCAT 測量端子模塊和基于 PC 的控制技術可以滿足各種高要求。Walter Selg：“倍福平臺具有出色的可擴展性，讓我們能夠使用標準化系統(tǒng)高效實現(xiàn)任何規(guī)模的項目。”在另一個項目中，DynoTec 成功運用 ELM3602 EtherCAT 端子模塊對采樣率高達 50 ksps 的三軸 IEPE 振動傳感器進行了 1/3 倍頻程分析。

　　關于德國倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業(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的驅(qū)動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、現(xiàn)場總線模塊、驅(qū)動產(chǎn)品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領域提供開放式自動化系統(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立 30 多家分支機構，加上全球的合作伙伴，業(yè)務遍及 70 多個國家和地區(qū)。

　　倍福于 1997 年進入中國市場，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用于風力發(fā)電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業(yè)以太網(wǎng)于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術驅(qū)動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽。倍?；?PC 的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將 IT 技術、互聯(lián)網(wǎng)和自動化技術完美融合在一起，為實現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。

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