电动汽车需要性能强大的控制技术

据格劳博电动汽车业务部门的功能开发组负责人 Martin Ellenrieder 介绍，电动汽车的发展趋势也对控制技术提出了新的要求：“与针对发动机的系统相比，这些系统具有工位更加精密、PLC 周期时间更短、装配线中配备的驱动产品比例更高以及耦合运动更加复杂等特点。”发卡电机（第二代）也具有上述特点，它完全配备了泰菲德的控制和驱动技术。除了 4 根格劳博主轴之外，它总共还配备了 57 根 NC 轴，包括 40 根实轴和 5 根虚轴，以及 XTS 磁驱柔性输送系统的 12 个动子（作为独立的伺服轴运行）。此外，还有一个由 EtherCAT 和 TwinSAFE 端子模块或端子盒（270 个数字量输入和 150 个数字量输出）组成的 I/O 层。

C6030 或 C6032 超紧凑型工业 PC 和 TwinCAT 软件用作控制系统核心部分，机床在每个发卡绕组加工周期仅为 2.3 秒的基础上实现了极高的输出率。每个定子需要单独生产约 200 个发卡式绕组。整个加工过程非常复杂，涉及的控制任务范围也很广泛：从铜管线材进料到矫直、复杂的弯曲和剥线，再到精确预插入到插槽中：

• 供线（从线圈到直铜线，进行或不进行铜线绝缘层的电气测量）：基于 PC 的控制技术应用于张力控制

• 实时剥线：轴定位、凸轮和飞锯

• 送线：轴与第二个编码器系统耦合，根据系统的运行状态切换编码器系统，以及通过用于专用操作模式（带线或不带线运行）的接口切换轴

• 铜丝检测：输送和定位

• 压装/切割：凸轮以及在压装/切割过程中通过虚拟齿轮功能的动态耦合系数对材料位移进行补偿

• 2D 弯曲：由发卡式绕组参数产生的动态凸轮通过虚拟齿轮功能的动态耦合系数进行耦合

• 3D 弯曲：由发卡式绕组参数产生的动态凸轮通过虚拟齿轮功能的动态耦合系数与 XTS 动子耦合

• 预插入发卡式绕组：凸轮或协调运动

• 多样化的进料方式/预插插槽和夹紧手指的定位运动：耦合虚拟轴和实际轴

格劳博电动汽车业务部门电气设计组组长 Daniel Gugenberger 在解释绕组的生产与发动机生产的区别时说道：“如螺栓连接、压装和手动装配操作等传统装配工艺已经在很大程度上实现了自动化，如果采用手工操作方法，则无法达到要求的质量、精度和速度。”由于系统的吞吐量非常大，详细的设备和过程数据至关重要，而这也正是泰菲德基于 PC 的控制技术的用武之地：“如果一个完整的生产过程花费的时间仅为两秒钟，则需要使用合适的分析工具和高速相机实现生产检测和误差分析。因此，我们经常使用 TwinCAT Scope View 示波器软件。

制造一个定子需要约 50 种不同设计的 200 个发卡式绕组。它们按照放置在预插插槽中的顺序依次生产。因此，在线误差检测具有非常重要的意义。Fabian Glöckler 解释道：“如果出现材料或几何形状误差，则必须再次生产相应的发卡式绕组，并通过自动进料装置将其插入到系统中，以便插入到正确的位置中。运动轴数量较大，发卡式绕组规格较多，这也意味着控制技术需要及时计算各种参数、弯曲角度和凸轮曲线，这是一项庞大又艰巨的任务。