AT517142A2

AT517142A2 - Verfahren und Vorrichtung zur Simulationskopplung eines ereignisgesteuerten Controller-Teilsystems und eines Anlagen-Teilsystems

Info

Publication number: AT517142A2
Application number: ATA50340/2016A
Authority: AT
Inventors: Georg Mallebrein; Christian Bertsch; Isidro Corral Patino; Corina Mitrohin
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 2015-04-22
Filing date: 2016-04-18
Publication date: 2016-11-15
Also published as: FR3035529A1; DE102015207270A1

Abstract

Verfahren zur Simulationskopplung eines ereignisgesteuerten Controller-Teilsystems (11) und eines Anlagen Teilsystems (12), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: -das Anlagen-Teilsystem (12) speichert eine ereignisauslösende Zustandsvariable (phi) mit einer ersten zeitlichen Ableitung (omega), -gesteuert durch einen Kopplungsalgorithmus (13) wird das Anlagen-Teilsystem (12) ausgehend von einem Startwert über ein vorgegebenes Simulationszeitintervall simuliert, -das Anlagen-Teilsystem (12) übermittelt einen nach dem Simulieren (21) erreichten Endwert an den Kopplungsalgorithmus (13) und -gesteuert durch den Kopplungsalgorithmus (13) wird das Controller-Teilsystem (11) über das Simulationszeitintervall simuliert (22), -wobei das Controller-Teilsystem (11) abhängig vom Startwert einen zeitlichen Wertverlauf der Zustandsvariablen (phi) über das Simulationszeitintervall bestimmt.

Description

Beschreibung

Titel

Verfahren und Vorrichtung zur Simulatlonskopplungeingse^^ Controller-Teilsystems und eines An!agej>TeggM§tgms

Di® vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulationskopplung eines ereignisgesteuerten Controiler-Teiisystems und eines Aniagen-Teilsystems. Di® vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein® entsprechend® Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium.

Stand der Technik EF 2 442 248 Al beschreibt ein Verfahren zur Verminderung der durch Exirapolationsverfahren eingebrachien Fehler bei der Simulationskopplung. Die Ermittlung des eingebrachtsn Fehlersignals während der Simulationskopplung dient zur Modifikation nachfolgender Extrapolationen, um den Störungseinfluss zu kompensieren. Des Weiteren ermöglicht dieses Verfahren aufgrund der einfachen und vom Exirapolationsverfahren unabhängigen Parametrisierung eine adaptive Parameteranpassung und eignet sich somit auch für die Anwendung von Makro-Schrittweiten-Sieuerungen. Zeitliche Lokalisierung und Interpretation des Fehlers Ist möglich. Das Verfahren lässt sich generell für nicht-iterativ® Mult?» Raten-Slmulatlon von dynamischen Systemen anwenden.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Slmuiationskopplung eines ereignisgesteuerten Controiler-T eiisystems und eines Anlegen-Teilsystems, ein® entsprechend© Vorrichtung, ein entsprechendes üomputerprögram*n em entsprechendes Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.

Ein Vorzug dieser Lösung liegt in ihrer verbesserten Eignung bei der Simuiationskopplung von i eflsystemens an eenen ©an i^ooeaa ea ea§> »ssge^euei κ »s»., wie z. B, ein Steuergerät (äectomc conto! urtä, ECU). So wird tur die Korrekte Funktion eines ereignisgesteuerten Steuergerätes Öse präzise crmstüung oe? EClHnternen Ereignisse (events) ermöglicht Ein Versagen des von der ECU gesteuerten Systems durch eine fehlerhafte oder unzumutbar verzögerte Prädiktion dieser Ereignisse, die i. B. beim Ansatz bekannter Methoden resultieren kann, wird auf diesem Wege verhindert. Die an die Simuiationskopplung derartiger Systeme gestellte Anforderung einer genauen Ermittlung des im Teilsystem ereigniserzeugenden Signals wird durch die hier vorgeschlagene Idee erfüllt, Indem der Zeitverlauf des Kurbeiweilenwinkel·

Signals zuverlässig im ECLHkiodell ermittelt wird.

Durch die ln den abhängigen Ansprüchen aufgefuhrten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des Im unabhängigen Anspruch angegebenen Grundgedankens möglich. So kann vorgesehen sein, dass die Strecke selbst aus ereignisgesteuerten Modeiiteilen besteht. Dies ist beispielsweise beim Modell eines Verbrennungsmotors (internal combustion engine, ICE) der Fall, wo der SchlteBzeitpimkt des Einlassventils einen solchen Fall darstellt. Würde man die ECU In mehrere Module, die in einem Winkelraster gerechnet werden, unterteilen und eine Simuiationskopplung durchführen, wäre ein vergleichbarer Fall gegeben. Auch diese Anwendung kann mit der hier vorgeschlagenen Idee realisiert werden,

GernäS einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass bei der Simuiationskopplung von einem ECU-Modell und einem Verbrennungsmotormodell die Wlnkelposltion der Kurbelweile aus einem Änlagenmodell (plant modal) verwendet wird, um Events Im EClHdodäl zu generieren. Die beschriebene Methode ermöglicht eine zuverlässige und präzise Bestimmung des KurbelweitemWinkeipositiomSignals Im Controliermodell, das in einer Simuiationskopplung mit dem Motormodeii ausgeführt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Äusföhrungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargesteiit und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Figur i eine Beispielauslegung für die Simulationskopplung eines Controllers und Streckenmodells gemäß einer ersten Ausführungsform.

Figur 2 die Ausführungssequenz eines Kopplungsalgorithmus der ersten Ausführungsform.

Figur 3 die Bestimmung einer Kurbelwellendrehzahl und -"Winkelposition In einem ECU-Modell

Figur 4 die Bestimmung der Kurbelwellendrehzahl und -winkelposition in einem ECU-Modeil einer zweiten Ausführungsform.

Figur 5 die Äusführungssequenz eines Kopplungsalgorithmus einer vierten Ausführungsform.

Figur 6 ein Beispiel des Drehzahlsignai-Zeitverlaufs in einem ICE-Modell und prädfelerien Signals Im ECU*Modell nach der für die vierte Ausführungsform beschriebenen Kopplungsmethode.

Ausführungsformen der Erfindung

Die In einer Simulaiionskopplung beteiligten Modelle werden anhand von sogenannten Kopplungsalgorthmen gesteuert, Figur 1 zeigt eine Beispielauslegung für zwei Modelle, ein durch ein Anlagen-Telisysiem 12 verkörpertes ICE-Modell und ein durch ein Controller-Teilsystem 11 verkörpertes ECLFModelk die mittels eines Kopplungsalgorithmus 13 Daten austauschen und gesteuert werden, Anlegen-Teilsystem 12 und Controlier-Ieilsystem 11 umfassen ihrerseits ein erstes Subsystem 15, ein zweites Subsystem 16, ein durch einen Fahrerwunsch 17 beeinflusstes drittes Subsystem 18 sowie ein viertes Subsystem 19,

Eine erste Äusfuhrungsform der Erfindung basiert darauf, in dieser Variante der Simuiationsköpplung die Winkeiposition 2, B. einer Kurbelwelle auf Bass der sn einem SimuSatlonszeitlntervall dem sogenannten Makroschritt, übertragenen Werte von Winkel, Drehzahl, und Winkelbeschleunigung au berechnen. Dies geschieht wie felgt:

Zum Zeitpunkt findet der erste Kommunikationszeitpunkt zwischen dem Anlegen-Teilsystem 12 und dem Controller-Teilsystem 11 statt. Dabei initialisiert der Kopplungsalgorithmus 13 das Controller-1 erlsystem 11 und Anlagen-Teilsystem 12, Zu diesem Zeitpunkt kann nur die Initialisierung des Anlagen-Teilsystems 12 vollständig durcbgeführt werden, <± h. das Anlegen-Teilsystem 12 enthält alte nötigen Daten für die erste Simulation. Für die erste Simulation des Controller-Teilsystems 11 fehlt jedoch der Verlauf der

Kurbelwellenwinkelpositlon. Demzufolge startet der Kopplungsalgorithmus 13 die Simulation des Anlegen-Teilsystems 12 zuerst. Die Simulaiionszeit entspricht dabei einer biakroschrittwelte. Ihr Ende 1st ln Figur 2 als % gekennzeichnet An diesem Zeitpunkt hält der Kopplungsalgorithmus 13 die Simulation des Anlagen-Teilsystems 12 an und speichert die Werte der ICE-Äusgangssignate. Vorzugsweise betragen diese, um Rechenressourcen zu sparen, nur die Startwerte, 2.8. und Endwerte, z.B. ^ jedes Ausgangssignals, Dabei wird der erste und der letzte Wert des anhand der Drohmomentenstruktur 23 im SimuSatfonszeitintervali ]&>, %] simulierten Motordrehzahlsignals vom Kopplungsalgorithmus 13 erfasst und die Durchschnitts-Winkeibeschleunigung etQt der Kurbelwelle nach folgender Gleichung ermittelt:

Der Kopplungsalgorithmus 13 startet nun die Simulation des Controller-Teilsystems 11 für dasselbe Simulatlonszeltintervall |τ6,ί*]> sprich vom Zeitpunkt bis zum Zeitpunkt t,. Damit das Controler-Teilsystem 11 seine internen

Ereignisse korrekt ermittelt, wird das Kurbelwelienwinkelsignal φ im Controller* Teilsystem 11 reproduziert. Dafür wird die Kurbelwaltersdrehzahl zu

berechnet und nach folgender Gleichung integriert:

Diese Funktionalität Ist im Controller-Teilsystem 11 der Figur 1 Integriert.

Nach diesem Verfahren 20 wird die KurbelwinkeibeschSeunigung In jedem Slmülatlonszeltlntervall jfo, ti+1] konstant gehalten, sodass der Startwert ω8 und Endwert ωχ des im Controller-Teilsystem 11 per Rekonstruktion 14 ermittelten Motordrehzahisignals mit den von dem Anlagen-Teilsystem 12 berechneten Werten Obereinstimmen.

Eine vereinheitlichte Darstellung dieser Funktionalität zeigt das Blockschaltbild der Figur 3, Dabei werden die für die Berechnung der Drehzahl und Kurfcelwellenwinkei verwendeten Integratoren immer am Anfang des Simulationszeitintervalls auf den vom Koppiungsaigorithmus 13 erfassten Startwert der Drehzahl <p3 bzw. der Kurbelwellenwinkelpositlon ωΰ rückgestellt Diese Maßnahme verhindert das Auseinanderdriften dieser Signale gegenüber den vom Anlagen*!"eiSsystem 12 generierten Signalen über die Simulationszeit hinweg.

Sobald das Controlier-Teiisystem 11 zum Zeitpunkt tt angehalten Ist, werden die Ausgangswerte des Controller-Teilsystems 11 gespeichert, vorzugsweise nur die Werte zum Zeitpunkt t5 und 1¾. Anschließend werden die Äusgangswerte des Controller-Teilsystems 11 zum Zeitpunkt tt an das Aniagen-Teiisystem 12 transferiert und die Simulation des AnlagenTellsystems 12 wird für ein weiteres

Slmula«ons2eltlnterva!l tz] gestartet, wie in Figur 2 gezeigt. Dieser Prozess wird wiederholt, bis die Simulatkmsendieft erreicht ist,

Bes einer zweiten Äusführungsform wird die Winkelbeschleunigung der Kurbeiwäie nicht vorn Koppiungsalgorfihmus 13 ermittelt, sondern direkt vom Anlagen*!eiisystem 12 geliefert, wie In Figur 4 gezeigt. Der Kopplungsalgohthmus 13 kann somit den Startwert a9 und Endwert m der Beschleunigung Ober das Simuiationszeitintervail [*δί£χΙ erfassen, die Durchsehnlttsbeschleunigung über das Simulationszeltintervall daraus errechnen und an das Controller-Teilsystem 11 weiterleiten. In einer anderen Form der Methode erfasst der Kopplungsalgorfthmus 13 nur einen Endwert αΛ der Motorwinkelbeschleunigung nach Ablauf des Slmulationszeitmtervails und transferiert diesen an das Controller-] eiisystem 11. Die erste Äusführungsform hat diesen Varianten gegenüber den Vorteil, eine geringere Abweichung der rekonstruierten (14) Signale Im Controller* I eiisystem ll gegenüber den Im Änlagen-Teiisystem 12 entsprechenden Signalen zu zeigen.

Die Rekonstruktion 14 des Kurbeiwellenwinkel-Slgnals kann gemäß einer dritten Äusführungsform aus der direkten Interpolation zwischen zwei Kurbelwellenwinkeipositionen erfolgen. Dabei kann der Kopplungsalgorithmus 13 den Startwert φ$ und Endwert ^ der Winkelposition an das Controller-Teilsystem 11 übertragen und dort das Modell den Zeltverlauf des Signals approximiert nachrechnen.

Gemäß einer vierten Äusführungsform der Erfindung wird das Kurbeiwellenwlnkeiposltlon-Slgnal Im Controller-Teilsystem 11 nicht rekonstruiert (14), sondern prädiziert

Die Prädiktion des Signals erweist sich als sinnvoll, wenn der Kopplungsalgoritbmus 13 das Anlagen-!eiisystem 12 und Controller-Teilsystem 11 nicht seriell, also In einer Reihenfolge wie In Figur 2 dargesteiif, sondern parallel - d, h. gleichzeitig ~ startet. So sind In diesem Fall di® für ein Simuiationszeltintervall [tist***.]gegebenen Endwerte&>*·*!> cruder Motöfwlnkeibeschleunigung, Drehzahl und KurbelwelSenwInkeiposition zu Beginn des Sfmuiationszeitsntervalls (Makroschrittes) nicht bekannt und werden daher im Controller-Teilsystem 11 pridfcderi Der Berechnungsprozess für diese Variante Ist In Figur 5 dargestalt

Eine einfache Methode, um die WSnkeibeschieunigung « über das aktuelle SlmuiationszeWntervali [n, t^x) zu prädlzleren, wird durch die Übernahme des Endwertes aus dem vorherigen SimulationszeitintervaiS gegeben. 2. B. für das Simuiationszeitintervail c2J zwischen den Zeitpunkten tt und t2i siehe Figur 6, wird die Motorwinkelbeschleunigung a12ECls Im Controller-Teilsystem 11 gleich der Motorwinkeibeschleunigung a0%lcs im Anlegen-Teilsystem 12 zwischen den Simulationszeitpunkfcen % und a angenommen. Im ersten Simulationszeitintervali [tö, tj wird Jedoch ein Äusgangswert für«im Controller-Teilsystem 11 festgelegt. Wenn dieser Startwert a5 auf null gesetzt wird und nur die Werte an den Kommunikationszeitpunkten dargestellt werden, dann wird das Im Controller-Teilsystem 11 resultierende Drehzahlsignal dem vom Aniagen-Tellsystem 12 berechneten Drehzahisignai mit einer zeitlichen Verzögerung von der Länge eines Slmulatlonszeltintervalls feigen, wie in Figur 6 dargestellt.

Die Implementierung dieser Variante erfordert keine wesentliche Änderung der für die erste, zweite und dritte Ausführungsform beschriebenen Anlagen-Teilsysteme 12 und Controller“!eiisysteme 11. Dabei bleibt die Rückstellfunktionalität für die Bestimmung der Motordrehzahi und Kurbelweitenwinkeiposition, wie für die erste Ausfuhrungsform beschrieben, erhalten.

Die In den anderen Varianten beschriebenen Kopplungsalgorithmen können mit konstantem oder variablem Slmulaiionszeitintervai! durchgeföhrt werden.

Das heißt, dass die Zelt zwischen Kommunikationszeitpunkten einen konstanten oder einen variablen Betrag aufweisen kann. Bel Kopplungsalgorithrnen mit variablen Simulationszeltintervallen [CTn-t] können z. B. Ereignisse in der Simulation dafür verwendet werden, um die Simulation des Controller-Teilsystems 11 anzuhalten, wie z, 8, das Erreichen einer bestimmen Winkelposition der Kurbelweile,

Claims

Ansprüche i„ Verfahren (20) zur Simuiationskoppiung eines emignisgesieuerten Controller* Teilsystems (1.1) und eines ÄnlagenTeiisystsms (12), gekennzeichnet durch leigende Merkmale? ~ das Anlagen-Teilsystem (12) speichert eine ereignlsauslösende Zusiandsvariable (φ) mit einer ersten zeitlichen Ableitung (ω), ~ gesteuert durch einen Kopplungsatgorithmus (13) wird das Anlagen* Teilsystem (12) ausgehend von einem Sfartwert (<pit o\) über ein vorgegebenes Slmulstlonszeitintervall simuliert |21), - das Anlegen-Teilsystem (12) übermittelt einen nach dem Simulieren (21) erreichten Endwert (φ8-*ι, *>{«, sr,«} an den Kopplungsaigorithmus (13) und - gesteuert durch den Kopplungsalgorlthmus (13) wird das Controlier-Tellsystem (11) über das Simulationszeitintervall simuliert (22), - wobei das Controller-Teilsystem (11) abhängig vom Startwert {<pt, ωξ, einen zeitlichen Wertverlauf der Zustandsvarlabien (φ ober das Simulationszeitlntervail bestimmt
2, Verfahren (20) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale; - die Simüiationskoppiung des Controller-Teilsystems (11) und des Anlagen-Teilsysiems (12) erfolgt seriell und ·" das übermitteln das Endwertes ώ··Η> ®s+i) S®bt oam Simulieren (22) des Controller-Teilsystems (II) voran,
3. Verfahren (20) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgend® Merkmale: - das Controller-Teilsystem (11) rekonstruiert (14) die erste Ableitung (ω* mittels eines durch das Zeitintervai! (fetmJ) bestimmten ersten zeitlichen Integrals (j ) über eine zweite zeitliche Ableitung («) der Zustandsvariablen (#} und ~ das Controller-Teilsystem (11) rekonstruiert (14) den Wertverlauf (φ(i)) der Zustandsvariablen {φ) mittels eines durch das zertsntervali t»ii) bestimmten zweiten zeitlichen Integrals (j ) Ober die erste Ableitung (m).
4. Verfahren (20) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: »v der Startwert (φέ, uh ar*} und der Endwert (<Ρ/«5 &>,·**> ai4.-d beziehen sich auf die erste Ableitung {ύή, der Koppiungsalgorlthmus (13) ermittelt über einen Differenzenquotienten der ersten Ableitung (&*) im Simulationszeitintorvall Cfo,tmÖ die zweite Ableitung (a) und ~ der Koppiungsalgorlthmus (13) übermittelt die zweite Ableitung {a} an das Controller-Teilsystem (11),
5. Verfahren (20) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Startwert m) und der Endwert (φί+1, «***, fft+i) beziehen sich auf die zweit® Ableitung (a), ·-- der Kopplungsalgohlhrnus <3.3) erfass! die zweite Ableitung {«) über zumindest deren Endwert f%) und - der Kopplungsalgorithmus (13) übermittelt die zweite Ableitung (st) an das ContmlenTeilsysiem (XI).
6. Verfahren (20) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Startwert {<pit wSs cp) und der bndwert ictt-κη &>%*%·> W-w) oezsenen sich auf die Zusiandsvansble (φ), - der Kopplungsalgorlthmus (13) übermittelt den Startwert (<pQ) und den Endwert (%} an das Controler-Teilsystem (11) und das Controller-!eiisystem (11) approximiert den Wertverlauf der Zustandsvariablen (φ) mittels einer Interpolierenden des Stattwertes {ips) und des Endwertes (¾¾).
7. Verfahren (20) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: die Slmulationskoppiung des Controller-Teilsystems (11) und des Aniagen-Teilsystems (12) erfolgt parallel, ~ der Startwert (tpb oab at) und der Endwert (φέ+1, beziehen sich auf eine zweite zeitliche Ableitung (at) der Zustandsvarlablen (φ), der Kopplungsalgorithmus (13) übermittelt den Endwert (¾) an das Controller-Teilsystem (11) und - das Controller-Teilsystem (11) prädlzlert den Wertverlauf (ys(t)) der Zustandsvarlablen (φ) mittels des Endwertes (¾).
8. Compuierprogramm, welches eingerichtet ist, das Verfahren (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
9. Maschinenlesbares Spefchermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert Ist
10, Vorrichtung (10), die eingerichtet Ist das Verfahren (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.