用于對兩個子系統(tǒng)進行協(xié)同仿真的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對總系統(tǒng)的兩個子系統(tǒng)進行協(xié)同仿真的方法和仿真裝置，所述子系統(tǒng)通過耦合參量相互耦合。
【背景技術(shù)】
[0002]為了對總系統(tǒng)進行仿真而經(jīng)常將該總系統(tǒng)分成子系統(tǒng)，然后對所述子系統(tǒng)單獨地進行仿真，在此說的是分布式仿真或協(xié)同仿真。例如當(dāng)將子系統(tǒng)以不同的仿真工具進行仿真時，或者當(dāng)在多個解算器上爭取達到并行計算時，或者當(dāng)實時仿真(例如硬件在環(huán)(HiL)系統(tǒng))應(yīng)該結(jié)合到實際的用于試驗臺的自動化系統(tǒng)時，這是適用的。子系統(tǒng)在此代表包含所屬的數(shù)字化求解算法在內(nèi)的待仿真的系統(tǒng)的子模型。對子系統(tǒng)進行的相互聯(lián)系的仿真然后得出對總系統(tǒng)進行的仿真。在仿真中，在每個仿真步驟中對總系統(tǒng)的確定的運行點或子系統(tǒng)的與此關(guān)聯(lián)的運行點進行仿真。運行點在此描述總系統(tǒng)在確定的時刻的特性。在總系統(tǒng)的分布式仿真中，在確定的預(yù)定的時刻在子系統(tǒng)之間交換所謂的耦合參量，并且對子系統(tǒng)在限定的時間步長、即所謂的耦合時間步長上獨立于其它子系統(tǒng)進行求解。在耦合時間步長結(jié)束時，為了使子系統(tǒng)同步而在子系統(tǒng)之間實施數(shù)據(jù)交換。
[0003]在子系統(tǒng)的相互關(guān)聯(lián)性中，例如當(dāng)?shù)谝蛔酉到y(tǒng)需要第二子系統(tǒng)的輸出作為輸入，并且第二子系統(tǒng)需要第一子系統(tǒng)的輸出作為輸入時，不是所有需要的耦合參量在耦合時間步長開始時就是已知的、而是必須通過外推法來估計。通過外推法來預(yù)測一個或多個系統(tǒng)(子系統(tǒng))的在時間上的特性。
[0004]子系統(tǒng)的子模型的耦合在協(xié)同仿真時典型地基于耦合參量的基于信號的多項式外推法實現(xiàn)。通常對此使用零階的方法、很少使用更高階(1階或2階)的方法。借助基于信號的外推法，輸出信號1作為輸入信號X的函數(shù)來計算、亦即1 = f (X)，在此也說的是單輸入、單輸出(SIS0)。通過相關(guān)的耦合參量的外推法引入了所謂的耦合誤差，該耦合誤差對(協(xié)同)仿真的結(jié)果的質(zhì)量有直接的(負(fù)面)影響。因為在耦合時間步長上進行外推，所以引入的誤差相當(dāng)于“局部的離散誤差”。在耦合時刻(由于分段的外推法導(dǎo)致)的不連續(xù)性在此也對子系統(tǒng)的數(shù)字化求解有負(fù)面影響。為了保持耦合誤差小，必須保持采樣步長或交換間隔小，這導(dǎo)致長的計算時間并且因此是不值得期望的。但耦合誤差也造成耦合信號的失真并且導(dǎo)致耦合信號的固有的時間延遲(虛擬的死區(qū)時間)，該時間延遲對閉環(huán)系統(tǒng)(例如調(diào)節(jié)回路)的動態(tài)性能有負(fù)面影響。但耦合參量的交換也導(dǎo)致附加的“實際的”死區(qū)時間，該“實際的”死區(qū)時間由于使用通訊系統(tǒng)、例如通過總線系統(tǒng)(如FlexRay或CAN)進行數(shù)據(jù)交換而產(chǎn)生。所述實際的死區(qū)時間典型地顯著大于由耦合產(chǎn)生的虛擬的死區(qū)時間。
[0005]在EP 2 442 248 A1中例如描述一種包括誤差校正和耦合時間步長控制的用于協(xié)同仿真的基于信號的耦合方法。借此可以將外推誤差通過誤差補償?shù)姆椒@著減小。此外可以借此補償(虛擬的和實際的)不顯著超過耦合時間步長的死區(qū)時間。
[0006]在基于信號的外推方法中存在的問題是，這些外推方法在長的時間間隔、即在超過多個耦合時間步長上進行外推時失效。在總系統(tǒng)的實時仿真中出現(xiàn)該情況，這是因為在此基于測量(A/D轉(zhuǎn)換)、信號處理、通過通訊介質(zhì)進行的數(shù)據(jù)傳輸?shù)葘?dǎo)致典型地長的死區(qū)時間(多個耦合時間步長)。在實時仿真時，耦合參量必須在固定地預(yù)定的時刻(耦合時間步長)可被使用，因為在其它情況下實時仿真因誤差而中斷。例如當(dāng)至少一個實時系統(tǒng)(與另外的實時系統(tǒng)或非實時系統(tǒng))耦合時或當(dāng)任務(wù)耦合在實時系統(tǒng)上時必須進行實時仿真。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的任務(wù)是，改善在協(xié)同仿真中的耦合參量的外推法，特別是這樣改善，使得外推法也在長的時間間隔、即也在多個耦合時間步長上是可能的，從而實時協(xié)同仿真也是可能的。
[0008]該任務(wù)通過一種方法和一種所屬的仿真裝置來完成，在該方法中，由子系統(tǒng)的輸入?yún)⒘亢?或測量參量借助基于數(shù)據(jù)的模型識別的方法確定子系統(tǒng)的在總系統(tǒng)的當(dāng)前的運行點中有效的數(shù)學(xué)模型并且由該模型外推得出用于后續(xù)的耦合時間步長的耦合參量并且將它們提供給子系統(tǒng)。因為通過該模型非常好地已知子系統(tǒng)在一定的時間范圍(運行點)內(nèi)的時間特性，因此也可以在超過多個耦合時間步長上外推，這使得能夠?qū)崿F(xiàn)實時協(xié)同仿真。即使測量值在多個耦合時間步長上缺少，這仍然也能夠?qū)崿F(xiàn)實時系統(tǒng)的無誤差的繼續(xù)運行，這是因為這些測量值可以通過基于模型的外推法被可靠地確定。附加地也可以通過基于模型的外推法處理有噪聲的信號。
[0009]可以非常簡單地補償實際的和虛擬的死區(qū)時間，其方式為，通過外推法由模型來計算在向未來推移死區(qū)時間后的時刻的耦合參量。
[0010]特別是在實時系統(tǒng)中為了可以將實時系統(tǒng)必要時置于安全的狀態(tài)，誤差診斷是重要的。這能夠當(dāng)在外推法中確定耦合誤差并且據(jù)此引入用于處理耦合誤差的方法步驟時實現(xiàn)。
[0011]當(dāng)在外推法中附加地使用用于誤差補償?shù)姆椒〞r，可以改善確定耦合參量的精確性。
[0012]特別是在仿真開始時可能還沒有足夠精確的模型可被使用。該時段可以通過用于確定耦合參量的基于信號的耦合以簡單的方式彌補。
[0013]在使用子系統(tǒng)和外推單元之間的實時總線系統(tǒng)時可以提高外推法的精確性，這是因為可以精確地確定通訊死區(qū)時間并且因此更有針對性地對其進行補償。
【附圖說明】
[0014]接下來參考圖1至5進一步闡述本發(fā)明，這些圖示例性地、示意性地并且非限制性地示出本發(fā)明的有利的設(shè)計方案。其中:
[0015]圖1示出按照現(xiàn)有技術(shù)的、耦合參量的基于信號的外推法，
[0016]圖2示出按照本發(fā)明的、耦合參量的基于模型的外推法，
[0017]圖3示出用于耦合參量的外推法的示例性的方法過程；
[0018]圖4示出對總系統(tǒng)進行協(xié)同仿真的示例以及
[0019]圖5示出用于實施耦合參量的外推方法的仿真裝置。
【具體實施方式】
[0020]在圖1中為了闡述而示出現(xiàn)有技術(shù)中的用于耦合參量的外推法的基于信號的方案。在此，兩個子系統(tǒng)TS1、TS2相互耦合。函數(shù)f1、f2由輸入?yún)⒘縳px2通過多項式外推法、例如通過零階保持器(Ζ0Η)、一階保持器(F0H)或二階保持器(S0H)、亦即yi= f
y2= f2(x2(t)，t)外推得出親合參量y:、y2。
[0021]在接下來的實施例中分別提到兩個輸入?yún)⒘俊蓚€耦合參量和兩個測量參量，然而本發(fā)明當(dāng)然也包括相應(yīng)任意其它數(shù)量的此類參量。
[0022]現(xiàn)在按照本發(fā)明選擇一種基于模型的方案，在該基于模型的方案中，將子系統(tǒng)TS1、TS2的數(shù)學(xué)模型Μ用于外推得出耦合參量71、72，如在圖2中示意性示出的那樣。模型Μ在此由輸入?yún)⒘縓p xjP /或由測量參量Wl、w2在考慮當(dāng)前的和過去的時值的情況下確定。輸入?yún)⒘恳话憷斫鉃槔缫材軌驅(qū)?yīng)于在仿真模型之間交換的值的參量。測量參量例如可以來自任意類型的傳感器并且可能與此相應(yīng)地具有噪聲。
[0023]由模型Μ得出親合參量y!=x2 (t), t)、y2= f2 (x! (t)，x2 (t), t)。在單純使用測量參量的情況下，在示出的實施例中由模型M得出親合參量yi = f: (wi (t), w2 (t), t)、y2= fjwjthhaht)。在使用按照以上給出的定義的輸入?yún)⒘亢蜏y量參量時，由模型M得出親合參量 Yi = f 1 (xi (t), x2(t), Wi (t), w2(t), t)、y2= f 2(Xi (t), x2 (t)，w! (t)，w2 (t)，t)。
[0024]因此存在多輸入、多輸出(MHTO)的系統(tǒng)。模型Μ包含子系統(tǒng)TS1、TS2的被識別的模型，所述模型只局部、亦即只短期對于總系統(tǒng)的當(dāng)前運行點有效。通過所述基于模型的外推法，該外推法自適地適配于系統(tǒng)特性或系統(tǒng)求解。但通過基于模型的外推法也可以處理有噪聲的信號(耦合參量y1、y2，輸入?yún)⒘縓l、x2，測量參量Wl、w2)，這是因為外推法基于模型Μ進行、而不是基于有噪聲的測量參量本身，這在基于信號的外推法中是不可能的。
[0025]為了確定模型Μ而采用充分已知的基于數(shù)據(jù)的模型識別的方法。在此，