在類似實驗室的環境中駕駛汽車，同時仿真路面阻力，這種方式提供了對車輛設計的功率、燃料和排放效率進行測量的可能性。被測車輛的前輪和后輪放置在動力計上。在操作員駕駛車輛時，控制系統測量車輛速度、加速度和扭矩，并且同時控制兩個直流功率吸收系統（電機和發電機），控制車輛的轉動和力。主動吸收器用于控制精確仿真路面阻力和空氣動力阻力，如同車輛駕駛在道路上一樣。我們使用高級采樣和分析設備，可以對車輛排放進行特征采集，并且進行包括替代燃料效率在內的其他研究。

四輪驅動車輛的出現給動力計控制系統帶來了復雜性。除了實時、低延遲和任務緊迫之外，控制硬件必須在管理多變量系統的同時，保持前輪和后輪處于同一速度和加速度下。開發這樣的系統通常需要大量的開發時間和成本。

我們的客戶Environment Canada幫助我們解決自動化四輪動力計問題，我們使用CompactRIO作為數據采集和應用的控制平臺。背板的現場可編程門陣列（FPGA）和高性能實時控制器的CompactRIO提供了成本有效、技術先進的控制自動化平臺。LabVIEW的強大分析和控制功能與NI工具結合將技術風險和開發時間降到了最小。

工程挑戰的創新解答
自動化四輪驅動動力計對系統工程提出了多個挑戰。CompactRIO和LabVIEW作為靈活的可編程環境跨越了Windows操作系統、實時操作系統和FPGA開發領域，是成功開發我們解決方案的關鍵因素。

快速與實時響應
能夠響應快速運動車輛要求控制循環能夠在一秒內完成多次循環。在我們的解決方案中，CompactRIO FPGA循環完成所有的測量和安全檢查，在一秒內能夠運行一百萬次。實時嵌入式處理器的控制循環每秒循環250次，從而能夠提供完美的動態響應。

革命性的測量方法
速度和加速度等測量的質量直接反應了動力計進行高保真控制和仿真的能力。我們解決方案中的CompactRIO平臺提供了多個獨特而富有創造性的測量特性，其中包括：

FPGA代碼實現的用于數字輸入的定制防抖動系統

由于循環速度高達1 MHz，可以采用基于編碼起脈沖定時的全新精確方法測量動態加速度值，取代傳統的脈沖計數方法

具有快速響應時間、寬動態范圍、優秀線性度和工業可靠性的模塊化I/O通道

分布式軟件
基于CompactRIO和Windows操作系統的控制系統盡管尺寸小、成本低，卻具有強大的分布式系統可編程性，支持三個計算平臺：FPGA、CompactRIO實時控制器和Windows。我們使用LabVIEW將這些平臺無縫整合在一起，并進行編程。圖3給出了物理任務分配。

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圖1：控制系統軟件的分布式設計

基于以太網的定制消息協議將位于控制室的Windows主機計算機與位于I/O柜的CompactRIO實時控制器連接在一起。我們使用CompactRIO完成所有測量和控制，使用Windows操作系統顯示所有用戶接口并完成數據記錄。

驗證仿真性能
美國汽車工程師學會提出的行業標準定義了驗證動力計仿真精度的步驟。我們根據這些標準完成車輛在最高速度100 km/h進行滑行的測量和在中性模式下的滑行測試。之后，我們精調仿真參數，和預期一樣重現了道路上相同的速度，然后車輛逐漸減速。在不同速度下，快速收斂以及觀察數據與期望數據極為貼近是對該控制系統性能的一個證明。

我們使用全新的控制系統和多個車輛類型完成了多個測試。系統可以同樣成功地以預期的精度，快速重現預期的滑行測試性能。

結果
全新的控制系統在幾個月內完成了設計、開發、部署、驗證和文檔編寫。CompactRIO和LabVIEW為高要求的四輪驅動動力計控制系統成功提供了高性能的解決方案。車輛滑行步驟能夠在幾個循環之內以行業標準達到穩定。滑行定時可以在十分之一秒內完成重現，力誤差小于10 N。此外，在四輪驅動模式下，前輪和后輪速度的滑動保持在0.07 ppm范圍內。系統能夠運行在最高速度140 km/h下，速度誤差小于0.01 m/s。在完成幾千米動態駕駛狀態之后，前輪和后輪通過的路程差保持在幾厘米數量級上。

另外，基于CompactRIO和LabVIEW系統的靈活性比最終結果更令人振奮。在開發階段中發現的所有測量和控制挑戰，我們都快速找到了令人滿意的創新解決方案。