快速、靈活的仿真駕駛模擬試驗臺

　　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(yīng)用技術(shù)大學(xué)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(biāo)準(zhǔn)工業(yè)組件。

　　肯普滕應(yīng)用技術(shù)大學(xué)(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(yīng)用技術(shù)大學(xué)專門研究汽車和自動化領(lǐng)域應(yīng)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(kuò)大至復(fù)雜的完整系統(tǒng)試驗臺，甚至還包括教學(xué)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(jìn)行測試，而不用像大多數(shù)傳統(tǒng)試驗臺那樣必須進(jìn)行改裝。

　　來自肯普滕大學(xué) Allg?u 研究中心的研究助理 Florian Zerbes 在介紹測試范圍和過程時說道：“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(fù)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(xué)的試驗臺，該測試過程可以完全獨立地運(yùn)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(jìn)行分析并轉(zhuǎn)化為最終的測試結(jié)果?！?/p>

　　試驗臺結(jié)構(gòu)

　　與車輪連接的電機(jī)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(jī)器人轉(zhuǎn)動點火鑰匙，進(jìn)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(jī)按下油門和剎車踏板，而轉(zhuǎn)向電機(jī)則驅(qū)動方向盤轉(zhuǎn)向。車外的第二個機(jī)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(jìn)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(fù)責(zé)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(jìn)行各種不同的測試。9 個能夠集成任何 CAN 和 CANopen 設(shè)備的 EL6751 EtherCAT 單通道通信接口端子模塊確保將 CAN 設(shè)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(jìn)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(yùn)動。這種仿真試驗真實度極高，可以使用相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)仿真駕駛員的動作。大部分動作由工業(yè)機(jī)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(jìn)行通信(例如通過 GPS 系統(tǒng))?？掀针鴳?yīng)用技術(shù)大學(xué)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(yù)試車，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)全面的系統(tǒng)可視化和監(jiān)測。

　　工業(yè)技術(shù)助力降低成本、提升靈活性

　　肯普滕應(yīng)用技術(shù)大學(xué)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(jī)和控制器等標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整。肯普滕應(yīng)用技術(shù)大學(xué)的機(jī)械工程教授 Andreas Stiegelmeyr 博士在描述系統(tǒng)要求及具體實施情況時說道：“我們開發(fā)了一款能夠使用標(biāo)準(zhǔn)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?！?/p>

　　Florian Zerbes 補(bǔ)充說道：“由于倍福控制產(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(kuò)展控制系統(tǒng)，再加上 EtherCAT 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)非常靈活，因此可以根據(jù)整個空間情況進(jìn)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(wù)。最重要的是，倍福基于 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?！?/p>

　　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(ST)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(shè)置相應(yīng)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(fèi)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(yīng)用技術(shù)大學(xué)開發(fā)設(shè)計的試驗臺讓我們能夠快速響應(yīng)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?！?/p>

　　更多信息：

　　www.beckhoff.com.cn/measurement

　　圖片譯文

　　肯普滕應(yīng)用技術(shù)大學(xué)的試驗臺正在測試一輛由 ABT 公司完成電動轉(zhuǎn)型的大眾廂式車

　　內(nèi)部配有機(jī)器人和用于車輛操控的直線電機(jī)

　　倍?？刂葡到y(tǒng)(中間)：在此應(yīng)用中，一臺 C6030 超緊湊型工業(yè) PC、7 個 EL6751 EtherCAT 端子模塊以及 1 個 EL6614 端子模塊構(gòu)成試驗臺的中央控制平臺，并直接與所有組件進(jìn)行通信

　　肯普滕應(yīng)用技術(shù)大學(xué) Allg?u 研究中心的助理研究員 Florian Zerbes 正在進(jìn)行車輛測試

　　肯普滕應(yīng)用技術(shù)大學(xué)試驗臺上的倍?？刂葡到y(tǒng)接口概覽