DE102005018213A1

DE102005018213A1 - Verfahren zur Simulation fiktiver Systemzustände eines zentralrechnergesteuerten Systems, insbesondere eines Fahrzeugsystems oder eines Waffensystems

Info

Publication number: DE102005018213A1
Application number: DE102005018213A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dr. Schmidt; Rudolf Schmidt; Norbert Trost
Original assignee: Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
Current assignee: Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
Priority date: 2005-04-20
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2006-11-02
Also published as: NO335064B1; EP1715285B1; EP1715285A1; PL1715285T3; EP1715285B2; NO20061710L

Abstract

Ein Verfahren zur Simulation fiktiver Systemzustände eines zentralrechnergesteuerten Systems, insbesondere eines Fahrzeugsystems oder eines Waffensystems. Das System weist einen Zentralrechner (1), Bediengeräte (3), Sensoren (4) sowie Anzeigen (5) und Aktuatoren (6) auf. An das System ist ein Simulationsrechner (2) anschließbar, und das System weist einen Normalmodus und einen Simulationsmodus auf. Der Zentralrechner (1) empfängt eingangsseitig von den Bediengeräten (3) oder Sensoren (4) Real-Daten. Diese Real-Daten werden mittels einer systemspezifischen Logik-Software für die Berechnung von neuen Systemzuständen verwendet, und die neuen Systemzustände werden ausgangsseitig den Anzeigen (5) oder Aktuatoren (6) zugeführt. Im Simulationsmodus empfängt der Zentralrechner (1) vom Simulationsrechner (2) vorgegebene Simulations-Daten, mit welchen vor der Berechnung der neuen Systemzustände zumindest teilweise die Real-Daten der Bediengeräte (3) oder Sensoren (4) überschrieben werden und welche zusammen mit den nicht überschriebenen Real-Daten mittels der systemspezifischen Logik-Software zur Berechnung der neuen Systemzustände verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation fiktiver Systemzustände eines zentralrechnergesteuerten Systems, mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zentralrechnergesteuerte Systeme werde beispielsweise bei Fahrzeugsystemen oder bei Waffensystemen eingesetzt. Der Zentralrechner hat hierbei die Funktion, aus Daten, welche eingangsseitig von datengenerierenden Vorrichtungen, wie Bediengeräten, Sensoren oder sonstigen Baugruppen zugeführt werden, mittels einer Logik-Software neue Systemzustände zu berechnen und diese Systemzustände ausgangsseitig datenempfangenden Vorrichtungen, wie Anzeigen und Aktuatoren, zuzuführen. Der Zentralrechner reagiert somit auf Bedienereingaben oder auf wechselnde Umgebungsbedingungen. Über die Bediengeräte kann ein Bediener dem System beispielsweise Anweisungen erteilen oder Anfragen stellen, über die Sensoren erhält das System beispielsweise Informationen über die Umgebung. Die sonstigen Baugruppen können in der Lage sein, dem Zentralrechner ihren Funktions-Status mitzuteilen. Der Zentralrechner verarbeitet diese Informationen. Über die Anzeigen wird dem Bediener beispielsweise der neue Systemzustand angezeigt, über die Aktuatoren, beispielsweise Motoren, können Aktionen entsprechend den neuen Systemzuständen durchgeführt werden.

Ein solches System hat den Vorteil, dass es in einfacher Weise für Simulationszwecke angepasst werden kann: Weil alle Daten im Zentralrechner gesammelt werden, dieser die Berechnung der neuen Systemzustände leistet und die neuen Systemzustände von ihm koordiniert werden, kann ein Eingriff an dieser Stelle für Simulationszwecke verwendet werden. Eine Möglichkeit ist, den Zentralrechner gegen einen Simulationsrechner auszutauschen. Eine weitere Möglichkeit ist, den Zentralrechner zwar im System zu belassen, dessen Funktionen allerdings in einen Simulationsrechner auszulagern, bzw. die Logik-Software zur Berechnung der neuen Systemzustände in einem Simulationsrechner nachzubilden.

Diese Möglichkeit wird in der Patentschrift EP 0 947 797 B1 beschrieben. Die Patentschrift offenbart ein gepanzertes Landfahrzeugsystem, insbesondere ein Panzerfahrzeugsystem, welches als zentralrechnergesteuertes System ausgeführt ist. Zu Ausbildungszwecken wird ein Simulationsrechner an den Zentralrechner angeschlossen, wobei alle modellspezifischen Daten des Landfahrzeugs sowie dessen Waffenanlage auf den Simulationsrechner überspielt werden. Zentralrechnergesteuert wird auf dem Simulationsrechner eine modellspezifische Software angewählt und hochgefahren. Befindet sich das Landfahrzeugsystem im Simulations-Modus, so werden alle echten Betriebs- und Bewegungsfunktionen des Landfahrzeugs, wie des Motors, der Lenkung, der Waffenanlage und dergleichen, blockiert. Dies bedeutet, dass wenn der Auszubildende beispielsweise anfahren möchte, das Fahrzeug nicht wirklich anfährt, da diese Bewegungsfunktion blockiert wird, sondern das Anfahren wird nur simuliert. Es werden allerdings nicht nur alle echten Bewegungsfunktionen, sondern auch alle echten Betriebsfunktionen blockiert, d.h. der Simulationsrechner übernimmt die Berechnung der neuen Systemzustände.

Nachteilig ist hierbei zum Einen, dass die zum Teil aufwändig entwickelten Betriebsfunktionen im Simulationsrechner nachgebildet werden müssen. Zum Anderen lässt sich hierbei keine Validierung des Systems durchführen, d.h. es ist nicht möglich zu überprüfen, wie das System auf von außen beliebig vorgegebene fiktive Situationen reagiert.

Es wird im Folgenden ein Beispiel für die nachteilige Funktionsweise des in der Patentschrift EP 0 947 797 B1 beschriebenen Verfahrens angegeben.

Betrachtet werden soll ein Waffensystem mit einem optischen Zielerfassungssystem als Sensor, welches sich unabhängig von der Waffenanlage bewegt. Nach der Erfassung eines sich nicht bewegenden Ziels kann über ein Bedienelement, wie beispielsweise einem Schaltknopf, der Waffenanlage mitgeteilt werden, dass sie automatisch auf das erfasste Ziel einlaufen soll. Befindet sich das System nicht im Simulationseinsatz, so laufen folgende Betriebsabläufe ab:

1. Die mit dem Zielerfassungssystem ermittelten Winkel Azimuth und Elevation zwischen der Sichtlinie des Zielerfassungssystems und der Fahrzeuglängenachse werden dem Zentralrechner zugeführt.
2. Der Zentralrechner wartet auf alle weiteren Eingangsdaten, die er für die Berechnungen zur Zielbekämpfung benötigt. Diese Daten werden gegebenenfalls von anderen Sensoren ermittelt oder manuell eingegeben oder sind selbst Resultat anderer Betriebsabläufe. Notwendige Daten sind in diesem Beispiel u.a. die Winkel zwischen Fahrzeuglängenachse und Sichtlinie des Zielerfassungssystems sowie zwischen Fahrzeuglängenachse und Waffenrichtung, die Verkantung der Fahrzeugwanne, die Entfernung zum Ziel, die Munitionsart und daraus abgeleitete ballistische Eigenschaften und Umwelteinwirkungen, wie z.B. Windgeschwindigkeit und Windrichtung.
3. Der Zentralrechner berechnet auf der Basis der vorliegenden Informationen die ballistische Kurve, die ausgehend von der Waffenanlage unter Berücksichtigung aller Parameter in der vorgegebenen Entfernung das Ziel schneidet.
4. Der Zentralrechner berechnet die Winkel Azimuth und Elevation, die sich die Waffe aus ihrer aktuellen Position in die berechnete Position bewegen muss.
5. Der Zentralrechner wartet auf eine Anforderung des Bedieners (z.B. Knopfdruck), dass die Waffenanlage auf das Ziel einlaufen soll.
6. Sofern die Anforderung erfolgt, werden die berechneten Winkel vom Zentralrechner den Aktuatoren der Waffenanlage zugeführt.

Befindet sich das System nun im Simulationseinsatz, so wie in der Patentschrift EP 0 947 797 B1 beschrieben, so werden alle Betriebsabläufe im Zentralrechner blockiert. Das Verfahren erfolgt somit nach folgendem Ablauf:

1. Das Zielerfassungssystem wird im Simulationsrechner für ein virtuelles Ziel simuliert. Das Resultat sind simulierte Winkel Azimuth und Elevation.
2. Der Zentralrechner führt dem Simulationsrechner alle weiteren Eingangsdaten zu, die er für seine Berechnungen zur Zielbekämpfung benötigt.
3. Der Simulationsrechner berechnet auf der Basis der vorliegenden Informationen die ballistische Kurve.
4. Der Simulationsrechner berechnet die Winkel Azimuth und Elevation, die sich die Waffe aus ihrer aktuellen Position bewegen muss.
5. Der Simulationsrechner wartet auf eine Anforderung des Bedieners (z.B. Knopfdruck), dass die Waffenanlage auf das Ziel einlaufen soll.
6. Sofern die Anforderung erfolgt, wird zum Einen die Waffenanlage blockiert und zum Anderen das Einlaufen der Waffe auf das Ziel zu simuliert.

Weil alle Betriebsabläufe im Simulationsrechner nachgebildet werden, entstehen sehr hohe finanzielle Kosten. Nachteilig ist ferner, dass bei einer Änderung einer Betriebsfunktion im Zentralrechner diese Änderung mit hohem Aufwand auch im Simulationsrechner nachgearbeitet werden muss. Des Weiteren ist durch die Nachbildung aller Betriebsabläufe im Simulationsrechner eine zusätzliche Fehlerquelle entstanden.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszugestalten, dass eine Validierung des System mittels eines Simulationsrechners ermöglicht wird, wobei vermieden werden soll, dass die Logik-Software des Zentralrechners im Simulationsrechner nachgebildet wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Zur Simulation von fiktiven Systemzuständen eines zentralrechnergesteuertem Systems wird ein Simulationsrechner an das System, vorteilhafter Weise an den Zentralrechner des Systems angeschlossen, wodurch das System aus einem Normalmodus in einen Simulationsmodus übergeht. Der Simulationsrechner hat die Aufgabe, Simulations-Daten an den Zentralrechner zu übermitteln.

Die vom Simulationsrechner übermittelten Simulations-Daten überschreiben zumindest teilweise die echten Real-Daten von den eingangsseitig datengenerierenden Vorrichtungen. Der Zentralrechner berechnet mittels der Simulations-Daten und der nicht überschriebenen Real-Daten den neuen Systemzustand und führt diesen dem Simulationsrechner zu, damit dieser auch über die entsprechenden aktuellen Daten verfügt. Der Zentralrechner verwendet hierfür die Logik-Software in der selben Art und Weise, wie er sie im Normalmodus, d.h. ohne angeschlossenem Simulationsrechner, verwenden würde. Die Simulations-Daten können hierbei in beliebiger Weise zur Simulation von fiktiven System-Zuständen von außen vorgegeben werden. Solche fiktiven System-Zustände können beispielsweise fiktive Umgebungsbedingungen oder ein fiktiver Ausfall eines Systemelementes darstellen.

Durch die Erfindung ist zum Einen eine Validierung des Systems in einfacher Weise möglich. Durch Vorgabe verschiedener fiktiver Zustände lässt sich überprüfen, wie das System auf diese Zustände reagiert.

Zum Anderen lässt sich das System zu Ausbildungszwecken verwenden. Der Ausbilder kann verschiedene fiktive Zustände vorgeben, auf die der Auszubildende reagieren muss.

Im Folgenden soll anhand des bereits geschilderten Beispiels „Waffensystem mit einem optischen Zielerfassungssystem" ein mögliches Ausführungsbeispiel für ein Verfahren nach der Erfindung erläutert werden.

Wenn sich das Waffensystem nicht im Simulationsmodus sondern im Normalmodus befindet, so laufen alle Betriebsabläufe genauso wie anfangs beschrieben ab. Wird das System in den Simulationsmodus geschaltet, so bleiben jetzt alle oben beschriebenen Betriebsabläufe im Zentralrechner erhalten, sie werden nicht blockiert.

Das Verfahren erfolgt nunmehr nach folgendem Ablauf:

1. Das Zielerfassungssystem wird im Simulationsrechner für ein virtuelles Ziel simuliert. Das Resultat sind simulierte Winkel Azimuth und Elevation, die dem Zentralrechner so zugeführt werden, dass sie die tatsächlich ermittelten Werte des Originalsystems überschreiben.
2. Der Zentralrechner wartet auf alle weiteren Eingangsdaten, die er für die Berechnungen zur Zielbekämpfung benötigt. Dieser Ablaufschritt ist gegenüber dem Normalmodus unverändert.
3. Der Zentralrechner berechnet auf der Basis der vorliegenden Informationen die ballistische Kurve, die ausgehend von der Waffenanlage unter Berücksichtigung aller Parameter in der vorgegebenen Entfernung das Ziel schneidet. Dieser Ablaufschritt ist gegenüber dem Normalmodus unverändert.
4. Der Zentralrechner berechnet die Winkel Azimuth und Elevation, die sich die Waffe aus ihrer aktuellen Position in die berechnete Position bewegen muss. Dieser Ablaufschritt ist gegenüber dem Normalmodus unverändert.
5. Der Zentralrechner wartet auf eine Anforderung des Bedieners (z.B. Knopfdruck), dass die Waffenanlage auf das Ziel einlaufen soll. Dieser Ablaufschritt ist gegenüber dem Normalmodus unverändert.
6. Sofern die Anforderung erfolgt, werden die berechneten Winkel vom Zentralrechner dem Simulationsrechner zugeführt, um das Einlaufen der Waffe auf das Ziel zu simulieren. Ferner wird weiterhin die Waffenanlage blockiert.

Im Folgenden soll zusätzlich zum bereits dargestellten Ausführungsbeispiel eine weiteres Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen für ein Verfahren nach der Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigen:

1 ein zentralrechnergesteuertes Fahrzeugsystem im Normalmodus;

2 das zentralrechnergesteuerte Fahrzeugsystem aus 1 im Simulationsmodus.

Die 1 zeigt ein zentralrechnergesteuertes Fahrzeugsystem im Normalmodus. Das Fahrzeugsystem weist einen Zentralrechner 1 auf, an welchen eingangsseitig als datengenerierende Mittel ein Gaspedal 3 als Bediengerät und ein Geschwindigkeitssensor 4 als Sensor, der die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs misst, angeschlossen sind. Ausgangsseitig sind als datenempfangende Mittel eine Verbrauchsanzeige 5 als Anzeige, welche den aktuellen Kraftstoffverbrauch anzeigt und eine Einspritzanlage 6 für den Motor als Aktuator angeschlossen. Der Zentralrechner 1 berechnet mittels einer dafür vorgesehenen Einheit 7 auf Grund der Änderung der Stellung des Gaspedals 3 und der vom Geschwindigkeitssensor 4 gemessenen aktuellen Geschwindigkeit eine Beschleunigung und eine Kraftstoffmenge, die in den Motor von der Einspritzanlage 6 einzuspritzen ist. Ferner steuert er den auf der Verbrauchsanzeige 5 angezeigten aktuellen Kraftstoffverbrauch.
Im Normalmodus übermitteln also die datengenerierenden Mittel Real-Daten an den Zentralrechner, welcher mittels einer Logik-Software neue Systemzustände berechnet. Die neuen Systemzustände werden den datenempfangenden Mitteln zugeführt.
Es laufen folgende Betriebsabläufe ab:

1. Die aktuelle Änderung der Stellung des Gaspedals 3 wird dem Zentralrechner 1 zugeführt.
2. Die aktuelle Fahrgeschwindigkeit wird dem Zentralrechner 1 vom Geschwindigkeitssensor 4 zugeführt.
3. Der Zentralrechner 1 berechnet die aktuelle Beschleunigung und mit diesem Wert eine neue einzuspritzende Kraftstoffmenge in den Motor.
4. Der Zentralrechner 1 führt den berechneten Wert der einzuspritzenden Kraftstoffmenge der Einspritzanlage 6 und der Verbrauchsanzeige 5 zu.
5. Die Einspritzanlage 6 spritzt die entsprechende Kraftstoffmenge in den Motor ein.
6. Die Verbrauchsanzeige 5 zeigt den aktuellen Kraftstoffverbrauchswert an.

Wird nun an den Zentralrechner 1 ein Simulationsrechner 2 angeschlossen, so geht der Zentralrechner 1 vom Normalmodus in den Simulationsmodus über. Die 2 zeigt das zentralrechnergesteuerte System im Simulationsmodus mit angeschlossenem Simulationsrechner 2. Der Simulationsrechner 2 sendet Simulations-Daten an den Zentralrechner 1, wobei die Simulationsdaten teilweise die Real-Daten im Zentralrechner 1 überschreiben.
Der Betriebsablauf ist nunmehr wie folgt:

1. Die aktuelle Änderung der Stellung des Gaspedals 3 wird dem Zentralrechner 1 zugeführt. Dieser Ablaufschritt ist gegenüber dem Normalmodus unverändert. Zusätzlich führt der Zentralrechner 1 die aktuelle Änderung der Stellung des Gaspedals dem Simulationsrechner 2 zu.
2. Der Simulationsrechner 2 simuliert die aktuelle Fahrgeschwindigkeit. Dieser Wert kann beispielsweise das Resultat einer virtuellen Bewegung des Fahrzeugs in einer virtuellen Welt sein. Dieser simulierte Wert wird dem Zentralrechner 1 so zugeführt, dass er den originalen Wert der aktuellen Fahrgeschwindigkeit vor der Verarbeitung überschreibt.
3. Der Zentralrechner 1 berechnet die aktuelle Beschleunigung und mit diesem Wert eine neue einzuspritzende Kraftstoffmenge in den Motor. Dieser Ablaufschritt ist gegenüber dem Normalmodus unverändert.
4. Der Zentralrechner 1 führt den berechneten Wert der einzuspritzenden Kraftstoffmenge der Einspritzanlage 6 und der Verbrauchsanzeige 5 zu. Dieser Ablaufschritt ist gegenüber dem Normalmodus unverändert. Zusätzlich führt der Zentralrechner 1 dem Simulationsrechner 2 den neu beschriebenen Systemzustand zu.
5. Die originale Einspritzanlage 6 wird blockiert und der Simulationsrechner 2 simuliert das Einspritzen des Kraftstoffs in den Motor.
6. Die Verbrauchsanzeige 5 zeigt den simulierten Kraftstoffverbrauchswert an.

Claims

Verfahren zur Simulation fiktiver Systemzustände eines zentralrechnergesteuerten Systems, insbesondere eines Fahrzeugsystems oder eines Waffensystems, • wobei das System einen Zentralrechner (1), datengenerierende Mittel, wie beispielsweise Bediengeräte (3), Sensoren (4) und gegebenenfalls sonstige Baugruppen, sowie datenempfangende Mittel, wie beispielsweise Anzeigen (5) und Aktuatoren (6), aufweist, • wobei an das System ein Simulationsrechner (2) anschließbar ist, • wobei das System einen Normalmodus und einen Simulationsmodus aufweist, und • wobei der Zentralrechner (1) eingangsseitig von den datengenerierenden Mitteln Real-Daten empfängt, diese Real-Daten mittels einer systemspezifischen Logik-Software für die Berechnung von neuen Systemzuständen verwendet werden und die neuen Systemzustände ausgangsseitig den datenempfangenden Mitteln zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentralrechner (1) im Simulationsmodus vom Simulationsrechner (2) vorgegebene Simulations-Daten empfängt, mit welchen vor der Berechnung der neuen Systemzustände zumindest teilweise die Real-Daten der datengenerierenden Mittel überschrieben werden und welche zusammen mit den nicht überschriebenen Real-Daten mittels der systemspezifischen Logik-Software zur Berechnung der neuen Systemzustände verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zu Ausbildungszwecken verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es zu Validierungszwecken verwendet wird.