對于單件小批量生產(chǎn)企業(yè)和擁有大量相似車型的制造企業(yè)來說，快速、靈活和高性價比的綜合檢測試驗臺技術(shù)起著極其重要的作用。德國肯普滕應用技術(shù)大學就為 ABT e-Line 有限公司開發(fā)實施了這樣一個試驗臺，它能夠用于檢測各種車型的性能，比如已完成電動轉(zhuǎn)型的大眾（VW）廂式車。倍福基于 PC 的控制技術(shù)的核心特征之一是使用標準工業(yè)組件。
肯普滕應用技術(shù)大學（HS Kempten）研發(fā)的試驗臺主要用于車輛功能測試。該試驗臺是在肯普滕應用技術(shù)大學專門研究汽車和自動化領(lǐng)域應用及開發(fā)課題的控制工程和車輛系統(tǒng)實驗室中開發(fā)而成。實驗室在 2016 年成立初期，主要測試單個零部件的可靠性，后來其活動范圍逐漸擴大至復雜的完整系統(tǒng)試驗臺，甚至還包括教學活動。
試驗臺不僅可以測試新車輛和新功能，而且還能夠檢查各個功能之間如何相互影響。另一個優(yōu)點是，車輛可以在其原有的適于行駛的狀態(tài)下進行測試，而不用像大多數(shù)傳統(tǒng)試驗臺那樣必須進行改裝。
對于電動汽車，試驗臺主要測試通過高壓電池包供電的暖通空調(diào)系統(tǒng)是否會對打開和關(guān)閉點火開關(guān)以及駕駛等車輛最重要的功能產(chǎn)生影響，測試內(nèi)容包括規(guī)定測試周期，反復啟動、停止車輛以及讓車輛提速。車輛狀態(tài)會因測試結(jié)果發(fā)生變化，即暖通空調(diào)系統(tǒng)打開或關(guān)閉，電池的充電水平也因此改變。通過肯普滕大學的試驗臺，該測試過程可以完全獨立地運行幾個小時甚至幾天。這個過程包括連續(xù)采集試驗臺和車輛中的數(shù)據(jù)，以便對這些數(shù)據(jù)進行分析并轉(zhuǎn)化為最終的測試結(jié)果。”
—— 肯普滕大學 Allgäu 研究中心 研究助理
Florian Zerbes
01
試驗臺結(jié)構(gòu)
與車輪連接的電機輸出軸提供車輪滾動阻力，模擬車輛在道路上行駛。車輛內(nèi)的機器人轉(zhuǎn)動點火鑰匙，進行換擋操作，以及操控車內(nèi)的各個按鈕，例如車內(nèi)氣候控制系統(tǒng)的按鈕。踏板上的直線電機按下油門和剎車踏板，而轉(zhuǎn)向電機則驅(qū)動方向盤轉(zhuǎn)向。車外的第二個機器人將各種充電線插入充電插座和從充電插座拔出。
測量模塊用于采集車內(nèi)線束的電流和電壓，以便進行后續(xù)分析。安裝有 TwinCAT 的倍福 C6030 超緊湊型工業(yè) PC 作為控制平臺，負責實現(xiàn)與各組件和車輛（通過 CAN 總線）之間的通信。中央控制單元用于協(xié)調(diào)控制各個組件，可以使用不同的程序進行各種不同的測試。9 個能夠集成任何 CAN 和 CANopen 設備的 EL6751 EtherCAT 單通道通信接口端子模塊確保將 CAN 設備無縫集成到 EtherCAT 控制系統(tǒng)中。
在試驗期間，車輛會在真實的路面駕駛條件下進行模擬。駕駛試驗臺會根據(jù)仿真轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動車輪，甚至可以模擬車輪轉(zhuǎn)向運動。這種仿真試驗真實度極高，可以使用相應的執(zhí)行機構(gòu)仿真駕駛員的動作。大部分動作由工業(yè)機器人執(zhí)行，以完成盡可能多的不同動作。試驗臺還可以模擬現(xiàn)實環(huán)境，以及車輛如何與周圍環(huán)境進行通信（例如通過 GPS 系統(tǒng)）?？掀针鴳眉夹g(shù)大學除了成功開發(fā)試驗臺之外，還為系統(tǒng)打造了一個數(shù)字孿生平臺。這不僅有利于實現(xiàn)試驗臺的預試車，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)全面的系統(tǒng)可視化和監(jiān)測。
02
工業(yè)技術(shù)助力降低成本、
提升靈活性
肯普滕應用技術(shù)大學在開發(fā)新的試驗臺時，主要考慮如何讓系統(tǒng)盡可能地具有成本效益。只有使用逆變器、電機和控制器等標準工業(yè)組件才能實現(xiàn)這一需求。另一個考慮因素是確保系統(tǒng)能夠快速安裝和拆卸，而且基本上不受車輛影響。因此，試驗臺必須能夠方便地根據(jù)具體的應用需求進行調(diào)整。
我們開發(fā)了一款能夠使用標準車輛接口測試大部分車輛功能的試驗臺，無論是什么車型，都能夠通過快速連接、以最小的投入測試車輛的各個功能。我們?yōu)榇舜蛟炝艘粋€很好的替代方案，適用于車型眾多的汽車制造商，尤其是小批量汽車制造商。”
—— 肯普滕應用技術(shù)大學的機械工程教授
Andreas Stiegelmeyr 博士
Florian Zerbes 補充說道：“由于倍?？刂飘a(chǎn)品配備很多不同的工業(yè)組件接口，因此我們從中選用了幾款產(chǎn)品，構(gòu)成中央控制系統(tǒng)。更重要的是，通過添加 EtherCAT 端子模塊可以輕松擴展控制系統(tǒng)，再加上 EtherCAT 拓撲結(jié)構(gòu)非常靈活，因此可以根據(jù)整個空間情況進行優(yōu)化布署。同時倍?？梢蕴峁┐罅寇浻布a(chǎn)品，這也意味著可以用最小的投入完成大量測量和控制任務。最重要的是，倍?；?PC 的控制技術(shù)相對于汽車領(lǐng)域使用的很多系統(tǒng)，具有明顯的成本優(yōu)勢。”
03
用于確定測試序列的工具鏈
測試序列使用專門開發(fā)的工具鏈在結(jié)構(gòu)化文本中編寫，并通過MATLAB®/Simulink® 生成。這樣可以將 TwinCAT 和 Simulink® 有效地結(jié)合使用。Florian Zerbes 說道：“通過 Simulink® 可以自動生成包含硬件連接信息的功能塊。在編譯各自模型時，可以通過 TwinCAT Automation Interface 自動設置相應的硬件連接，并在模型和硬件之間創(chuàng)建一個鏈路層。”新的工具鏈提供以下功能：
•毫不費力地創(chuàng)建所需的 Simulink® 模型
•輕松使用不同的數(shù)據(jù)庫
•自動連接硬件，并直接在 Simulink® 模型中配置
•為用戶提供簡潔明了的界面
工具鏈目前的重點是 CAN 總線，這意味著，例如，可以通過 DBC 文件快速創(chuàng)建 CAN 信息塊。然后，像這樣的功能塊可以直接連接模型的其它部分，并且可以在 Simulink® 中配置硬件接口。用戶可以通過 GUI 配置各個信息，并在 Simulink® 中直接配置硬件的其它接口。一旦 Simulink® 模型創(chuàng)建完畢，就可以通過工具鏈輕松連接 TwinCAT。用戶需要做的只是決定哪個 Simulink® 模型與哪個 TwinCAT 項目相連。
所有一切全部都可以自動完成，同時，還可以調(diào)整 TwinCAT 項目使用的硬件或 PLC 項目的實施等。
ABT 公司對試驗臺的評價
“肯普滕應用技術(shù)大學開發(fā)設計的試驗臺讓我們能夠快速響應不斷變化的客戶需求，在很短的時間內(nèi)就完成全新的車輛測試綜合方案的實施工作，全自動測試所有車輛。因此，試驗臺為我們整個開發(fā)流程中的技術(shù)創(chuàng)新提供了支持。”
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(gòu)成了一套完整的、相互兼容的控制系統(tǒng)，可為各個工控領(lǐng)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(gòu)，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(lǐng)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(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。倍?；?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)和自動化技術(shù)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(shù)基礎。
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