盤(pán)是影響車(chē)輛性能的關(guān)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(zhù)精益求精的態(tài)度，不遺余力地在多個(gè)精密的試驗臺上對底盤(pán)特性進(jìn)行全方位測試。梅賽德斯-奔馳和系統集成商 DynoTec Prüfstandstechnik 采用倍福的 EtherCAT、TwinCAT 和 ELM 系列精密測量端子模塊進(jìn)行升級改造。

在位于德國辛德?tīng)柗腋拿焚惖滤辜夹g(shù)中心（MTC），車(chē)橋在四個(gè)精心設計的試驗臺上接受最高精度的檢測，同時(shí)進(jìn)行道路測試和仿真。其目旨在驗證制造流程，深入分析車(chē)輛所特有的異?，F象，進(jìn)而精準識別并確定引發(fā)這些異?，F象的具體部件。為此，開(kāi)發(fā)人員以極高的精度和可重復性對車(chē)輛施加力/位移和扭矩，并監測和詳細記錄車(chē)輛所產(chǎn)生的各種反應。這樣就可以快速、可靠地記錄底盤(pán)的懸掛系統、運動(dòng)學(xué)和彈性運動(dòng)學(xué)數據。此外，這些數據還能以特性圖、特性曲線(xiàn)和特性數據集的形式對進(jìn)行全面而客觀(guān)的呈現與解析。隨后詳細比對大約 90 項關(guān)鍵參數與車(chē)輛的數字孿生模型。此舉不僅保護了研發(fā)車(chē)輛/樣車(chē)的安全，而且也極大地保障了梅賽德斯-奔馳汽車(chē)駕駛特性這一關(guān)鍵領(lǐng)域的數字化系統開(kāi)發(fā)過(guò)程?！耙虼?，試驗臺在梅賽德斯-奔馳汽車(chē)的開(kāi)發(fā)流程中扮演著(zhù)至關(guān)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能夠協(xié)同工作?！泵焚惖滤?奔馳位于辛德?tīng)柗腋牡妆P(pán)分析團隊成員 Uwe Lochner 強調道。

駕駛動(dòng)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(pán)分析團隊的 Uwe Lochner（第一排左起）和辛德?tīng)柗腋焚惖滤?奔馳底盤(pán)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(xiāo)售工程師 Dieter V?lkle

在檢查底盤(pán)時(shí)，首先使用前軸千斤頂將車(chē)輛架設在試驗臺上，然后通過(guò)四個(gè)液壓千斤頂進(jìn)行精準定位并牢固固定。然后加載和精確測量車(chē)橋?！爱斘覀兲峒熬榷?，我們指的是以極高的采樣率進(jìn)行測量，確保距離誤差不超過(guò) 0.1 毫米，角度誤差控制在 0.1° 以?xún)?，并且在頻率低于 2 Hz 時(shí)仍能保持這樣的高精度?！必撠熢O計和實(shí)施升級改造的系統集成商 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、力和扭矩等各項數據。所有數據都通過(guò)倍?；?PC 的控制系統實(shí)時(shí)同步顯示在試驗臺的顯示器上，供操作人員即時(shí)參考與分析，并同時(shí)傳輸到數據庫系統中?！霸跍y試運行結束后，系統會(huì )自動(dòng)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?！盬alter 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(chē)輛是否需要繼續進(jìn)行進(jìn)一步測試，或者需要更深入的分析以及必要的機械調整與優(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(shí)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，它全面集成了設定值輸入、測量值處理、輸出級控制以及監控功能。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）系統處理。鑒于 Hydromat 系統其余功能的研發(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(shí)施一套一套全新的、高度集成的自動(dòng)化解決方案?，F代化改造的關(guān)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(chǎng)上尋找一款能夠全面覆蓋 HHydromat 所有功能特性的系列產(chǎn)品?！盪we Lochner 解釋道。此外，他們還需要更換長(cháng)達 30 米的模擬信號線(xiàn)?！拔覀儾](méi)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)現了一套極具潛力的開(kāi)放式自動(dòng)化平臺與生態(tài)系統，它完美融合了 EtherCAT 端子模塊、控制器和開(kāi)發(fā)環(huán)境?！盪we Lochner 在回憶他參加的一次展會(huì )經(jīng)歷時(shí)說(shuō)道。另一個(gè)重要的考量標準是 EtherCAT 協(xié)議的良好開(kāi)放性。這意味著(zhù)他們不必完全依賴(lài)倍福提供的組件。它們只需要配備與 RCP 系統連接的 EtherCAT 接口。

DynoTec 公司總經(jīng)理 Rainer Fischer 解釋道：“這讓我們有機會(huì )實(shí)現一種集成分布式數據記錄和數字測量信號傳輸功能的試驗臺方案，它在布線(xiàn)和信號質(zhì)量上盡顯其卓越優(yōu)勢?！盌ynoTec 在驗證和評估這一方案時(shí)， 研究了一系列關(guān)鍵問(wèn)題：

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

·  不同制造商生產(chǎn)的模/數、數/模轉換器的信號質(zhì)量相較于當前系統表現如何？

·  哪些 RCP 系統任務(wù) Runtime 是由配置產(chǎn)生的？

已過(guò)時(shí)的集中式 PLC 技術(shù)現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(gè)插孔上?？刂乒駜燃闪藴y量值采集和伺服閥控制組件，這些組件協(xié)同工作，以實(shí)現對插孔在 x、y、z 三個(gè)軸向上的精確調節，以及繞 z 軸的旋轉控制。PLC 任務(wù)以及相應的 HMI 在 CX5140 嵌入式控制器上運行。通過(guò)高性能硬件配置，可以在適合控制柜安裝的 CP2219 多點(diǎn)觸控面板型 PC 上詳細查看系統狀態(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(wù)并實(shí)時(shí)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(guò) TwinCAT ADS 與上一級操作計算機相連。在整個(gè)系統中，倍?？刂葡到y用作主站，通過(guò) UDP 通信觸發(fā) RCP 系統，以實(shí)現高水平的時(shí)間精度和控制質(zhì)量。

乍一看，試驗臺的測量技術(shù)含量并不高：共有總采樣率為 680 ksps 的 136 個(gè)輸入通道；總采樣率為 180 ksps 的 36 個(gè)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 的高速數據傳輸能力以及直接在四個(gè)液壓千斤頂上進(jìn)行的簡(jiǎn)單、緊湊和模塊化的數據記錄是 DynoTec 和梅賽德斯-奔馳選擇倍福的重要因素?！翱偠灾?，我們的標準化系統技術(shù)完美融合了傳統 PLC 的功能與尖端的測量技術(shù)，確保了顯著(zhù)的成本優(yōu)勢?！盧ainer Fischer 總結道?！凹幢忝鎸υ囼炁_對測量技術(shù)提出的高帶寬和高分辨率的要求，我們的系統依然能夠輕松應對?！北陡５聡土指止矩撠熢擁椖康?Dieter V?lkle 補充道。

在試運行期間，系統最多可同步記錄 136 個(gè)測量通道，每個(gè)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，我們的系統還集成了 36 個(gè)設定值或輸出通道，每個(gè)通道的數據傳輸速率可達 5 ksps，同時(shí)還配備了約 300 個(gè)以 100 sps 速率記錄事后診斷數據的通道。每個(gè)試驗臺上還外接了一個(gè)信號測量端子盒。每個(gè)測量端子盒有 16 個(gè)用于特殊測量技術(shù)的模擬量輸入和 16 個(gè)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(chē)輛上的測量技術(shù)同步記錄輸出。

試驗臺上的空間和時(shí)間總是有限的

結構緊湊的 EtherCAT 端子模塊能夠顯著(zhù)簡(jiǎn)化信號記錄流程，并有效減少所需的空間?？刂乒瘳F在變得更加整潔，有助于快速排查和糾正故障?！拔覀児澥×嗽囼炁_上五分之一的計算機控制柜?！盪we Lochner 補充道。在車(chē)輛測試中，時(shí)間因素與空間因素同樣至關(guān)重要。而基于 PC 的控制技術(shù)的模塊化結構也帶來(lái)了顯著(zhù)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換其它試驗臺的過(guò)程?！跋噍^于第一個(gè)試驗臺的轉換過(guò)程，我們在轉換最后一個(gè)試驗臺時(shí)成功將停機時(shí)間縮短 30% 以上?！盌ynoTec 公司的 Rainer Fischer 說(shuō)道。

由于 TwinCAT Analytics Logger 已被規劃為下一擴展階段的要使用的工具，我們未來(lái)將能夠便捷地訪(fǎng)問(wèn)這四個(gè)測試臺的測量數據，從而能夠在日后進(jìn)行處理。實(shí)時(shí)數據記錄器配置簡(jiǎn)單，可將所有測量數據流傳輸至中央存儲位置，因此也簡(jiǎn)化了所有試驗臺的后處理流程。通過(guò) TwinCAT Analytics 可以在線(xiàn)分析歷史數據和實(shí)時(shí)測量數據。

對于試驗臺領(lǐng)域的佼佼者 DynoTec 而言，這個(gè)項目對測量技術(shù)和控制任務(wù)提出了極高要求，它的成功實(shí)施充分證明了使用 EtherCAT 測量端子模塊和基于 PC 的控制技術(shù)可以滿(mǎn)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高效實(shí)現任何規模的項目?！痹诹硪粋€(gè)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(dòng)傳感器進(jìn)行了 1/3 倍頻程分析。