戴姆勒北美卡车公司（DTNA）是北美领先的重型卡车制造商。DTNA总部位于俄勒冈州波特兰市，生产商用车，品牌为Freightliner、Western Star 和 Thomas Build Bus。
客户非常依赖戴姆勒奔驰公司的卡车，比如新的 Western Star 49X。客户需要可靠的车辆，能够在公路上平稳行驶数十万英里。
为了满足这些苛刻的需求，确保长期耐用性、更长的正常运营时间、以及提高驾驶员的舒适性和安全性，DTNA 在其实验室、试车跑道和正常道路上对其卡车进行了广泛测试。
为了确保产品的可靠性，戴姆勒北美卡车公司需要开发一种解决方案，将现场测试和实验室测试数据关联起来，确保实验室测试能模拟真实世界的条件。此外，测试设置时间必须大大缩短，同时产生高度可靠和可重复的测试结果。
传感器、硬件和软件均来自 Hottinger Brüel&Kjær（HBK），包括用于数据管理和协作的 nCode automation、用于数据分析的 GlyphWorks 以及使用catman软件的SomatXR数据采集系统。
通过新设备，Griffin 团队将测试配置时间减少了60%，从12小时减少到5小时。传感器连接到 SomatXR 数据采集系统，然后通过EtherCAT连接到控制器。这不仅减少了布线时间，而且消除了在布线中排除模拟噪声问题以及查找和消除接地回路所花费的时间。
这种在实验室和现场进行全面测试的方法给波特兰产品验证工程（PVE）实验室的测试工程师 Joe Griffin 带来了特殊的挑战。作为结构耐久性测试实验室的测试工程师，他需要开发一种将现场测试和实验室测试数据关联一起的解决方案，以确保实验室模拟真实世界的条件，从而确保产品的可靠性。为此，Griffin 选择了 Hottinger Brüel&Kjær（HBK）的传感器、硬件和软件，包括：
除了确保实验室测试准确模拟真实世界的道路条件外，Griffin 还负责简化结构耐久性测试实验室中测试的运行方式。他需要找到一种方法来大幅缩短测试的时间，同时生成高度可靠和可重复的测试结果。
2016年，DTNA 在升级其实验室时购买了 Instron Labtronic 8800ML振动筛控制器。团队选择 Instron 控制器的原因之一是，它能通过EtherCAT™以太网的实时总线将数据采集硬件连接到控制器。
EtherCAT（以太网控制自动化技术）通过“分布式时钟”技术实时集成和同步所有数据，在设备（客户端）和主应用或控制器应用程序之间提供高带宽连接。EtherCAT扩展了IEEE 802.3以太网标准，实现了具有可预测定时和精确同步的数据传输。以太网数据包不再首先接收、解释、处理和复制到每个连接中的设备上。EtherCAT 可在标准以太网帧中直接传输数据，而不改变基本结构。
当帧通过设备时，EtherCAT客户端设备获取为其准备的数据。类似地，输入数据在通过时插入，偏移量仅为几纳秒。在发送和接收模式下，由于EtherCAT帧包含来自的许多运行设备的数据，因此可用数据速率增加到90%以上。这样可充分利用100BASE-TX的全双工特性，并实现超过100 Mbit/s的有效数据速率。
过去，振动筛控制器的所有输入都是来自 eDAQ 桥路层的纯模拟电压。将传感器（如应变计）数字化，再次标准化为±10 V，并并联连接至控制器。这消耗了大量时间，而且容易出错。使用模拟输入和输出也限制了可用通道数量。
为了减少设置时间和设置错误，DTNA 需要通过支持单电缆的 Instron EtherCAT主控集成的数据采集设备。
| 对比 | 模拟路径 | 数字新路径 |
| 190 个通道 | 190 x ADC 配置 190 x ADC 190 X ADC 190 X 电缆 (BNC) 配置 190 x ADC 配置 190 x ADC | 190 x ADC 配置 190 ADC (TEDS) 1 X 电缆 (Ethernet 4 x 2 pair) 自动更新 EC 主机 |
# EtherCAT 是 Beckhoff 的注册商标
经过评估，测试工程师决定采用HBK。他们选择HBK的原因之一是HBK在结构完整性测试领域拥有丰富的经验。第二个原因是他们已经使用 Somat eDAQ 数据采集系统有15年历史了，信任其测量技术及其在恶劣测试条件下的坚固性。
HBK 提供的 SomatXR 配置包括:
在实验室中，数据采集系统连接到EtherCAT，以最小延迟实时向Instron控制器提供数据，并通过以太网并行提供数据，而不会限制运行catman PC的带宽。试验跑道上使用的数据采集系统与耐久性实验室中使用的数据采集系统之间的唯一区别在于系统连接到网络的模块，这是一个非常简单的过程，完全确保了实验室和试验跑道之间的数据完整性和可比性。
虽然在开始时存在一些挑战，例如如何使用新的数据采集和振动筛控制器硬件和软件，HBK被证明是完美的合作伙伴。HBK是为数不多的几家提供移动数据记录仪的公司之一，这种记录仪在实验室中操作非常容易。
QuantumX，SomatXR 的姊妹产品，在2008年集成了实时EtherCAT。与QuantumX一样，SomatXR提供双信号路径。所有输入都带有2个数字信号路径，在使用 EtherCAT的同时，允许用户继续使用catman软件进行数据采集并分析试样的结构完整性：
- 第一信号实时低延迟输出，1ms循环时间
- 第二信号基于PC的高速时间戳数据采集和分析，根据模块类型，每个信号高达100 kS/s
为了在实验室进行接近实际状况的耐久性测试，DTNA依赖于从真实世界收集的数据，即 Madras, Oregon 高原沙漠试验场。沙漠试验场于2017年完工，占地87英亩，包括一条3.5英里的试验跑道，其表面经过工程设计，DTNA工程师几乎可以模拟车辆在世界任何地方遇到的任何类型的路况。这条赛道是戴姆勒在欧洲一个3D地形试验场的翻版，以创建真实的道路状况。
在试验场，试验车辆装有各种传感器，包括：
尽管通道的数量因车辆类型而异，但DTNA连接到车辆上的传感器的最小数量为七个；为了驱动振动筛，您需要与实验室耐久性测试中使用的致动器数量一样多的记录通道。对于该应用，有四个垂直执行器、两个纵向执行器和一个前/后执行器。
通常，DTNA在道路测试期间需要从48个不同的传感器采集数据。他们采集的数据越多，在振动筛实验室中模拟的就越真实。当驾驶员在测试跑道上驾驶车辆时，SomatXR数据采集设备从这些通道采集数据。这一阶段大约需要两周时间才能完成。
一旦收集到测试数据，Griffin 和他的团队就使用 GlyphWorks来分析数据。GlyphWorks 是 HBK 旗下的一款数据处理系统，包含一套全面的标准和专用工具，可用于执行耐久性分析。GlyphWorks提供了一个图形用户界面，可处理大量数据，用户可视化、分析和操作测试数据，从而为用户节省时间和金钱。
DTNA来说，GlyphWorks 的任务是找到道路测试数据的最重要部分，并编辑测试车辆在平坦道路上滚动时采集数据。还提供部分无法在振动筛上模拟的轨迹数据。通过只关注最适用的数据，实验室测试的运行时间比测试跑道上的耐久性测试要短得多。
一旦路试数据被“修整”，工程师们就开始使用GlyphWorks 计算系统传递函数和初始驱动文件。驱动器文件包含提供给Instron控制器的数据，用于控制实验室中的振动筛。
下一步是优化驱动器文件。为此，他们进行了测试系统总成，如在卡车驾驶室配备传感器，位置与测试车辆相同。然后，他们将驱动文件传送到Instron控制器，运行它，并测量每个传感器位置的响应数据。
再次使用GlyphWorks，他们将刚刚获取的数据与测试跑道上获取的数据进行对比。如果测试轨迹数据和测试实验室数据之间存在显著差异，他们将使用两组数据之间的误差量计算成新的驱动文件，然后重复此过程，直到测试实验室和测试轨道数据之间的误差转换为合理值。通常，在工程师可确保驱动文件可进行严格测试之前，需要8到12次迭代。
戴姆勒耐久性测试工程师基于对整车和底盘之间差异的理解对合理的值进行判断调用。在具有固定截距和斜率的传感器上，它依靠Intron TWR 软件进行均方根误差和伪损伤混合计算。工程师还使用水平交叉比对来判断测试期间是否发生了正确的零交叉次数，以及捕获了什么样的振幅水平。这取决于测试目的 – 简单发动机罩测试的处理方式和车架测试完全不同。
此时，他们已经准备好使用最终驱动文件进行耐久性测试。测试运行后，他们将再次使用 GlyphWorks 分析测试数据。而且，当数据准备归档时，他们使用 nCode Automation，这是一种基于web，用于自动存储和报告工程数据的软件环境。nCode Automation，同样来自 HBK：其不仅简化了测试数据的存储和检索过程，同时使得与设计工程师共享测试数据变得更容易。
有些工程师天生就是“卡车司机”，Joe Griffin 就是其中之一。他的父亲是戴姆勒卡车公司的工程师，他的母亲也在那里工作，担任过多个不同的职位。所以，当他还是个孩子的时候，他听到了很多关于公司和那里工作的故事。
中毕业后，乔进入波特兰大学攻读机械工程学位。2014年，他在shaker实验室实习，2015年，他获得学士学位，并加入戴姆勒。他最初的任务之一是在全国各地驾驶卡车，收集数据，帮助戴姆勒建造更好的试车跑道。
2016年耐久性测试实验室升级时，他找到了正确的位置。作为一名刚毕业的学生，他接受了这项新技术，并帮助将新系统上线。
当你和Joe交谈时，你会觉得他是这份工作的合适人选。他热衷于卡车，并将其打造成最好的卡车。“我喜欢这份工作！”他大声说。
SomatXR EtherCAT 集成帮助 DTNA
了解 EtherCAT 详情
测试实验室的升级确实为戴姆勒带来了回报，Griffin 将他们的成功很大程度上归功于他们的“数字化”决定 - 通过选择了 EtherCAT。Ethernet是控制自动化技术的缩写，用于将数据采集系统连接到实验室的测试台和IT基础设施。EtherCAT是一种为用户在 EtherCAT 网络节点间提供短周期和时间戳同步的技术。
尽管早期存在一些挑战，数字化已经被证明是正确的做法。SomatXR数据采集系统与Instron试验台配合使用效果良好。Griffin说:“基本上就是即插即用。"
通过新设备，Griffin 团队将测试配置时间减少了60%，从12小时减少到5小时。传感器连接到 SomatXR 数据采集系统，然后通过EtherCAT连接到控制器，而不是通过很长的模拟传感器电缆从试件连接到控制器。这不仅减少了布线时间，而且消除了在布线中排除模拟噪声问题以及查找和消除接地回路所花费的时间。数字信号是无噪声的，因为它通过一个内置的模拟滤波器，然后立即在放大器中对数据进行数字化。
Griffin 还表示 SomatXR 的 catman 软件节省了设置时间并提高了数据质量。 Griffin 评论到:
“catman 用户界面非常友好，我们非常喜欢它检查通道传感器或电缆故障功能。原始数据采集、数据分析和准备帮助等能帮助我们我们更快地从想法到结果。”
另一个好处是，测量数据的质量远远高于他们以前获得的数据质量。Griffin 说道:
“改进后的数据使我们的内部机械工程部门能够更好地了解如何改进和优化他们的设计。”
最终结果：更可靠的卡车具有更低的测试成本和更短的上市时间。
Daimler 北美卡车公司是北美领先的商用车制造商。DTNA总部位于俄勒冈州波特兰市，生产商用车，品牌为Freightliner、Western Star和Thomas Build Bus。DTNA独特品牌组合服务于多个行业和商用车应用。该公司也是重型、中型柴油发动机及部件的领先供应商。