某大型商用车制造商正在测试转台上测试多种动力总成配置，包括柴油发动机、燃料电池和电驱系统。为确保测试结果的可复现性，Softing Engineering & Solutions 公司开发设计的车辆远程控制系统通过采用倍福 EtherCAT 总线与嵌入式控制器，直接接入卡车 CAN 总线系统，实现对换挡等功能的精准控制。
紧凑型控制盒通过车辆专用适配器线束与车载电子系统连接。控制盒接收经 TwinCAT 软件修改的 CAN 报文，并将其注入车辆通信系统
该商用车制造商在 Wörth 工厂的从道路到实验室（Road-to-Rig，R2R）试验台上对其旗下各品牌销往全球的所有车型系列进行测试。这套系统可初步展示在 R2R 试验台上模拟的各种环境条件与动态驾驶场景：通过大功率风扇和巨型冷却装置，能够生成变化多端的气候环境以及时速达 100 公里的模拟气流。“该商用车制造商借助该试验台验证不同动力总成配置在实际工况下与车辆其它功能系统、车辆上层结构及驾驶室的协同表现。”倍福汽车行业经理 Jörg Rottkord 表示。典型测试项目包括各类电池与氢燃料电池的续航研究，以及柴油卡车的能耗与尾气排放测量。
由于车辆抵达试验台时测量设备已准备就绪，测试人员仅需完成卡车的就位调试，即用链条将车辆牢固固定，并为各项测试做好准备。此项工作还包括安装远程控制系统，并将其与车载电子设备相连接。
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试验台电子系统控制换挡与油门踏板位置
通过远程控制系统，工作人员可从控制站经由试验台自动化系统，远程操控车辆的重要功能，包括驾驶模式、挡位选择、巡航控制、缓速器及油门踏板位置等。“这使得商用车制造商能够在试验台上，以真实驾驶环境完成诸多复杂测量，并获得高度可重复的结果。”Tobias Kolb 博士着重强调了该远程控制系统的优势。
系统由一个安装在车辆内的紧凑型控制盒（通过车辆专用适配器线束与车载电子系统连接）、控制站内的另一个接收盒，以及用作为试验台自动化接口的倍福嵌入式控制器。远程控制盒将试验台自动化系统的设定值转换为适用于车辆 CAN 总线的对应报文，并输入车载电子系统。“为此，我们会在车辆 CAN 总线的合适节点处将其断开。”在 Softing Engineering & Solutions 公司从事汽车试验台开发工作的 Tobias Kolb 博士解释道。
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基于 PC 的控制技术实现车载电子系统接入
尽管听起来简单，但该过程实际需要大量专业技术知识。测试流程的控制离不开车辆通用动力总成控制器的数据支持。此外，必须对特定 CAN 报文（如用于换挡控制的指令）进行筛选、重构，并通过校验验证后重新注入数据流。
为此，Softing 采用了我们提供的 CX20x0 嵌入式控制器与带有多路 CAN 接口 的 EtherCAT 端子模块 EL6751。”
—— 倍福汽车行业经理
Jörg Rottkord
“然而，必须采用智能方法来筛选整车 CAN 网络中的报文。”负责远程控制编程的 David Welsch 指出。例如，系统仅需提取待修正的报文，经修改后重新注入车辆网络。以换挡操作为例，其设定值随后将由试验台自动化系统发出。倍福 TwinCAT 软件会实时计算所需数据，并将其写入对应 CAN 帧。“随后，系统会以正确的 CAN 报文标识符和校验，将该帧实时发送回车辆。”Tobias Kolb 博士解释道。远程控制系统的两大核心功能包括通过双通道 EtherCAT 端子模块 EL2502 生成双路反向 PWM 信号，分别模拟换挡指令与油门踏板传感器信号。
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基于 PC 的控制技术助力实现可复现测试流程
以往驾驶员需在极端温度环境下手动执行测试流程，如今该商用车制造商借助远程控制系统，能够以高精度与可重复性完成多样化测试场景 — 既可按照预设序列全自动运行，也可根据需要通过控制站手动操控。“自动化流程与可复现的结果带来了巨大的附加值。”Jörg Rottkord 强调道。
远程控制系统开发者 Tobias Kolb 博士指出选择基于 PC 的控制技术的两大理由：嵌入式控制器与 EtherCAT 端子模块采用模块化紧凑型设计，且软硬件成本显著低于传统的快速原型系统。“由于 TwinCAT 可作为免费开发环境使用，实际仅需支付 Runtime 授权费用。”Tobias Kolb 博士补充道。“我们还能直接在搭载 Windows 系统的 CX20x0 嵌入式控制器上运行该开发系统。
基于 PC 的控制技术的还有一个重要优势，即通过采用相同规格但不同 CPU 的嵌入式控制器，可轻松按需调整计算性能。”
—— Jörg Rottkord
基于 PC 的控制的灵活性与开放性帮助 Tobias Kolb 博士解决了一个配置难题：“部分车辆以 500 kbit/s 的速率下进行信息传输，其它车辆则采用 667 kbit/s。因此，在车辆更换操作过程中，CAN 接口需具备在运行状态下在这两种比特率之间进行切换的能力。“倍福提供的示例程序为该功能的实现提供了极大助力。”David Welsch 补充道。
远程控制系统共采用四路 CAN 接口：其中两路负责与卡车进行报文收发通信，另外两路用于集成既有系统以及在异步模式下配置其它 CAN 设备。“这正是对基于 PC 的控制技术的模块化特性与易扩展性优势的生动体现，特别是考虑到未来新一代车辆将采用 CAN FD 作为通信系统。”Jörg Rottkord 强调。倍福通过 EtherCAT 端子模块 EL6753 支持 CAN FD 物理层，该模块既能处理灵活数据速率（FD），也可支持最高 64 字节的扩展数据字段。其强大的 CANopen 协议实现方案可确保任何 CANopen 设备都能无缝集成到 EtherCAT 端子模块网络中。
项目参与者合影（从左至右）：Franek Dodek（倍福巴林根分公司销售）、David Welsch （软件开发工程师）、Carsten Hafner（戴姆勒卡车公司高级试验台工程师）、Tobias Kolb 博士（Softing Engineering & Solutions 公司汽车试验台开发者）、Max Brunner（倍福慕尼黑分公司销售工程师）和 Jörg Rottkord（倍福汽车行业经理）
TwinSAFE 为安全运行保驾护航
安全在试验台技术中至关重要，就试验台远程控制系统而言，它采用 Safety over EtherCAT（FSoE）协议与 TwinSAFE 端子模块实现安全保障。远程控制系统通过触点接入楼宇自动化系统的急停回路。车辆与控制站内均装有急停装置，触发时即切断与车辆的通信。此时卡车将进入紧急模式，试验台切换至安全状态。此外，系统通过试验台与远程控制经由 EtherCAT 交换的生命周期位，持续监测通信状态。
“我们将这款远程控制系统视为众多汽车项目的标杆方案。”Tobias Kolb 博士强调该方案的潜力时指出。借助倍福开放式模块化的控制技术与 EtherCAT，能够以高性价比实现接试验台与配备各类外围设备的车辆之间的高效网关连接。
关于德国倍福
倍福（Beckhoff）是一家专注于自动化新技术的德资企业，创立于1980年，总部位于德国威尔市。作为全球自动化技术的驱动者，倍福定义了自动化领域的许多标准，是国际标准的制定者和推动者。公司所生产的工业 PC、I/O 和现场总线组件、驱动技术、自动化软件、无控制柜解决方案以及工业图像解决方案既可作为独立的组件使用，也可将它们集成到一个完整的控制系统中，适用于各个行业领域。经过40多年的发展和努力，倍福已在世界各地设立40家分支机构，加上全球的合作伙伴，业务遍及75个国家和地区。
倍福于1997年进入中国市场，中国区总部落户于上海市北高新产业园区，现有员工350人，办事处遍及国内30座大中城市。创新产品和解决方案广泛应用于半导体、光伏太阳能、风力发电、锂电池制造、电子制造、汽车制造、机器人、数控机床、包装机械、烟草机械、塑料加工、物流输送、流程工业以及智能建筑等众多领域。
公司倾力推广的 EtherCAT 实时工业以太网于2014年成为中国国家推荐性标准，并已入编工信部的《国家智能制造标准体系建设指南》。作为一家技术驱动型公司，倍福一直注重在技术上寻求突破创新，在业内享有“创新引擎”的美誉。倍福基于PC的控制技术具有良好的开放性，它支持所有主流的工业通信协议，将IT技术、互联网和自动化技术完美融合在一起，为实现工业 4.0 和智能制造奠定了坚实的技术基础。
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