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-奔馳在研發道路上始終秉持著精益求精的態度，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常現象，進而精準識別并確定引發這些異常現象的具體部件。為此，開發人員以極高的精度和可重復性對車輛施加力/位移和扭矩，并監測和詳細記錄車輛所產生的各種反應。這樣就可以快速、可靠地記錄底盤的懸掛系統、運動學和彈性運動學數據。此外，這些數據還能以特性圖、特性曲線和特性數據集的形式對進行全面而客觀的呈現與解析。隨后詳細比對大約 90 項關鍵參數與車輛的數字孿生模型。此舉不僅保護了研發車輛/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字化系統開發過程。“因此，試驗臺在梅賽德斯-奔馳汽車的開發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能夠協同工作。”梅賽德斯-奔馳位于辛德爾芬根的底盤分析團隊成員 Uwe Lochner 強調道。
駕駛動態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，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集成商 DynoTec Prüfstandstechnik GmbH 總經理 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。所有數據都通過倍福基于 PC 的控制系統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，并同時傳輸到數據庫系統中。“在測試運行結束后，系統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。基于詳盡的測試結果分析，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整與優化。
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施一套一套全新的、高度集成的自動化解決方案。現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 的系列產品，但幸運的是，我們在倍福發現了一套極具潛力的開放式自動化平臺與生態系統，它完美融合了 EtherCAT 端子模塊、控制器和開發環境。”Uwe Lochner 在回憶他參加的一次展會經歷時說道。另一個重要的考量標準是 EtherCAT 協議的良好開放性。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 系統連接的 EtherCAT 接口。
DynoTec 公司總經理 Rainer Fischer 解釋道：“這讓我們有機會實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，它在布線和信號質量上盡顯其卓越優勢。”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？
不同制造商生產的模/數、數/模轉換器的信號質量相較于當前系統表現如何？
哪些 RCP 系統任務 Runtime 是由配置產生的？
已過時的集中式 PLC 技術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插孔上。控制柜內集成了測量值采集和伺服閥控制組件，這些組件協同工作，以實現對插孔在 x、y、z 三個軸向上的精確調節，以及繞 z 軸的旋轉控制。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 上詳細查看系統狀態和錯誤歷史記錄。C5240 19 英寸抽拉式工業 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。在整個系統中，倍福控制系統用作主站，通過 UDP 通信觸發 RCP 系統，以實現高水平的時間精度和控制質量。
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 的高速數據傳輸能力以及直接在四個液壓千斤頂上進行的簡單、緊湊和模塊化的數據記錄是 DynoTec 和梅賽德斯-奔馳選擇倍福的重要因素。“總而言之，我們的標準化系統技術完美融合了傳統 PLC 的功能與尖端的測量技術，確保了顯著的成本優勢。”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，我們的系統還集成了 36 個設定值或輸出通道，每個通道的數據傳輸速率可達 5 ksps，同時還配備了約 300 個以 100 sps 速率記錄事后診斷數據的通道。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。控制柜現在變得更加整潔，有助于快速排查和糾正故障。“我們節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程。“相較于第一個試驗臺的轉換過程，我們在轉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據，從而能夠在日后進行處理。實時數據記錄器配置簡單，可將所有測量數據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據和實時測量數據。
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高效實現任何規模的項目。”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，創立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，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。公司所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力，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，業務遍及 70 多個國家和地區。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶于上海市北高新產業園區，現有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用于風力發電、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 實時工業以太網于 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》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。
更多新聞請瀏覽： https://www.beckhoff.com.cn