某大型商用車制造商正在測試轉臺上測試多種動力總成配置，包括柴油發動機、燃料電池和電驅系統。為確保測試結果的可復現性，Softing Engineering & Solutions 公司開發設計的車輛遠程控制系統通過采用倍福 EtherCAT 總線與嵌入式控制器，直接接入卡車 CAN 總線系統，實現對換擋等功能的精準控制。
緊湊型控制盒通過車輛專用適配器線束與車載電子系統連接。控制盒接收經 TwinCAT 軟件修改的 CAN 報文，并將其注入車輛通信系統
該商用車制造商在 Wörth 工廠的從道路到實驗室（Road-to-Rig，R2R）試驗臺上對其旗下各品牌銷往全球的所有車型系列進行測試。這套系統可初步展示在 R2R 試驗臺上模擬的各種環境條件與動態駕駛場景：通過大功率風扇和巨型冷卻裝置，能夠生成變化多端的氣候環境以及時速達 100 公里的模擬氣流。“該商用車制造商借助該試驗臺驗證不同動力總成配置在實際工況下與車輛其它功能系統、車輛上層結構及駕駛室的協同表現。”倍福汽車行業經理 Jörg Rottkord 表示。典型測試項目包括各類電池與氫燃料電池的續航研究，以及柴油卡車的能耗與尾氣排放測量。
由于車輛抵達試驗臺時測量設備已準備就緒，測試人員僅需完成卡車的就位調試，即用鏈條將車輛牢固固定，并為各項測試做好準備。此項工作還包括安裝遠程控制系統，并將其與車載電子設備相連接。
01
試驗臺電子系統控制換擋與油門踏板位置
通過遠程控制系統，工作人員可從控制站經由試驗臺自動化系統，遠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臺上，以真實駕駛環境完成諸多復雜測量，并獲得高度可重復的結果。”Tobias Kolb 博士著重強調了該遠程控制系統的優勢。
系統由一個安裝在車輛內的緊湊型控制盒（通過車輛專用適配器線束與車載電子系統連接）、控制站內的另一個接收盒，以及用作為試驗臺自動化接口的倍福嵌入式控制器。遠程控制盒將試驗臺自動化系統的設定值轉換為適用于車輛 CAN 總線的對應報文，并輸入車載電子系統。“為此，我們會在車輛 CAN 總線的合適節點處將其斷開。”在 Softing Engineering & Solutions 公司從事汽車試驗臺開發工作的 Tobias Kolb 博士解釋道。
02
基于 PC 的控制技術實現車載電子系統接入
盡管聽起來簡單，但該過程實際需要大量專業技術知識。測試流程的控制離不開車輛通用動力總成控制器的數據支持。此外，必須對特定 CAN 報文（如用于換擋控制的指令）進行篩選、重構，并通過校驗驗證后重新注入數據流。
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。”
—— 倍福汽車行業經理
Jörg Rottkord
“然而，必須采用智能方法來篩選整車 CAN 網絡中的報文。”負責遠程控制編程的 David Welsch 指出。例如，系統僅需提取待修正的報文，經修改后重新注入車輛網絡。以換擋操作為例，其設定值隨后將由試驗臺自動化系統發出。倍福 TwinCAT 軟件會實時計算所需數據，并將其寫入對應 CAN 幀。“隨后，系統會以正確的 CAN 報文標識符和校驗，將該幀實時發送回車輛。”Tobias Kolb 博士解釋道。遠程控制系統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。
03
基于 PC 的控制技術助力實現可復現測試流程
以往駕駛員需在極端溫度環境下手動執行測試流程，如今該商用車制造商借助遠程控制系統，能夠以高精度與可重復性完成多樣化測試場景 — 既可按照預設序列全自動運行，也可根據需要通過控制站手動操控。“自動化流程與可復現的結果帶來了巨大的附加值。”Jörg Rottkord 強調道。
遠程控制系統開發者 Tobias Kolb 博士指出選擇基于 PC 的控制技術的兩大理由：嵌入式控制器與 EtherCAT 端子模塊采用模塊化緊湊型設計，且軟硬件成本顯著低于傳統的快速原型系統。“由于 TwinCAT 可作為免費開發環境使用，實際僅需支付 Runtime 授權費用。”Tobias Kolb 博士補充道。“我們還能直接在搭載 Windows 系統的 CX20x0 嵌入式控制器上運行該開發系統。
基于 PC 的控制技術的還有一個重要優勢，即通過采用相同規格但不同 CPU 的嵌入式控制器，可輕松按需調整計算性能。”
—— Jörg Rottkord
基于 PC 的控制的靈活性與開放性幫助 Tobias Kolb 博士解決了一個配置難題：“部分車輛以 500 kbit/s 的速率下進行信息傳輸，其它車輛則采用 667 kbit/s。因此，在車輛更換操作過程中，CAN 接口需具備在運行狀態下在這兩種比特率之間進行切換的能力。“倍福提供的示例程序為該功能的實現提供了極大助力。”David Welsch 補充道。
遠程控制系統共采用四路 CAN 接口：其中兩路負責與卡車進行報文收發通信，另外兩路用于集成既有系統以及在異步模式下配置其它 CAN 設備。“這正是對基于 PC 的控制技術的模塊化特性與易擴展性優勢的生動體現，特別是考慮到未來新一代車輛將采用 CAN FD 作為通信系統。”Jörg Rottkord 強調。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據速率（FD），也可支持最高 64 字節的擴展數據字段。其強大的 CANopen 協議實現方案可確保任何 CANopen 設備都能無縫集成到 EtherCAT 端子模塊網絡中。
項目參與者合影（從左至右）：Franek Dodek（倍福巴林根分公司銷售）、David Welsch （軟件開發工程師）、Carsten Hafner（戴姆勒卡車公司高級試驗臺工程師）、Tobias Kolb 博士（Softing Engineering & Solutions 公司汽車試驗臺開發者）、Max Brunner（倍福慕尼黑分公司銷售工程師）和 Jörg Rottkord（倍福汽車行業經理）
TwinSAFE 為安全運行保駕護航
安全在試驗臺技術中至關重要，就試驗臺遠程控制系統而言，它采用 Safety over EtherCAT（FSoE）協議與 TwinSAFE 端子模塊實現安全保障。遠程控制系統通過觸點接入樓宇自動化系統的急停回路。車輛與控制站內均裝有急停裝置，觸發時即切斷與車輛的通信。此時卡車將進入緊急模式，試驗臺切換至安全狀態。此外，系統通過試驗臺與遠程控制經由 EtherCAT 交換的生命周期位，持續監測通信狀態。
“我們將這款遠程控制系統視為眾多汽車項目的標桿方案。”Tobias Kolb 博士強調該方案的潛力時指出。借助倍福開放式模塊化的控制技術與 EtherCAT，能夠以高性價比實現接試驗臺與配備各類外圍設備的車輛之間的高效網關連接。
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、I/O 和現場總線組件、驅動技術、自動化軟件、無控制柜解決方案以及工業圖像解決方案既可作為獨立的組件使用，也可將它們集成到一個完整的控制系統中，適用于各個行業領域。經過40多年的發展和努力，倍福已在世界各地設立40家分支機構，加上全球的合作伙伴，業務遍及75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350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半導體、光伏太陽能、風力發電、鋰電池制造、電子制造、汽車制造、機器人、數控機床、包裝機械、煙草機械、塑料加工、物流輸送、流程工業以及智能建筑等眾多領域。
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。
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