EP3398092A1 - Verfahren zum konfigurieren einer co-simulation für ein gesamtsystem - Google Patents

Verfahren zum konfigurieren einer co-simulation für ein gesamtsystem

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Publication number
EP3398092A1
EP3398092A1 EP16819948.7A EP16819948A EP3398092A1 EP 3398092 A1 EP3398092 A1 EP 3398092A1 EP 16819948 A EP16819948 A EP 16819948A EP 3398092 A1 EP3398092 A1 EP 3398092A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
subsystem
parameter
simulation
output
macro
Prior art date
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Ceased
Application number
EP16819948.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Benedikt
Jost Bernasch
Franz Holzinger
Daniel Watzenig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Virtual Vehicle Research GmbH
Original Assignee
Kompetenzzentrum das Virtuelle Fahrzeug Forchungs GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kompetenzzentrum das Virtuelle Fahrzeug Forchungs GmbH filed Critical Kompetenzzentrum das Virtuelle Fahrzeug Forchungs GmbH
Publication of EP3398092A1 publication Critical patent/EP3398092A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G06F30/32—Circuit design at the digital level
    • G06F30/33—Design verification, e.g. functional simulation or model checking
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2117/00—Details relating to the type or aim of the circuit design
    • G06F2117/08—HW-SW co-design, e.g. HW-SW partitioning

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for configuring a co-simulation for an overall system.
  • Co-simulation provides a way to bring together the distributed modeled and distributed simulated models.
  • the coupling quantities are exchanged at defined times, after so-called macro-time steps, during the simulation.
  • Characteristics of the models determine which coupling algorithm can be used. Allowing simulation tools or simulated models (e.g., FMI) to repeat a computational step, iterative (implicit) approaches (strong coupling) may be used. Usually, however, a required resetting of the simulation tools and
  • the resulting error can be kept negligible by suitable configuration of the co-simulation, but is to be made manually by the user of the co-simulation according to the prior art. This is time consuming and usually, due to the prevailing complexity of co-simulation, by the user of co-simulation manually not feasible.
  • AT 509930 A2 entitled "Model-based methodology and method for quantifying the quality of the results of co-simulations” describes a method for evaluating the quality of the co-simulated overall system.
  • Execution orders as static meta-information are used in addition to the modeled coupling uncertainties introduced by extrapolation to predict the quality in advance, i. H . before the co-simulation starts.
  • Subsystems represent algebraic and / or differential
  • each subsystem is solved or simulated independently of other subsystems via a macro-time step by means of its own numerical solution algorithm.
  • Solution algorithms are typically selected by the user on the basis of the present and to be solved equation system.
  • solver special numerical solution algorithm
  • Network internal loops create data dependencies between the involved subsystems, so that - depending on the execution order - parallel or sequential - more or less coupling quantities (input parameters) must be "estimated" by extrapolation methods over the macro-time step to be solved.This extrapolation is necessary to solve the prevailing problem of causality and inevitably leads to a necessary error.
  • This error which is inevitably introduced by the coupling, in part significantly influences the physical behavior of the distributed system. If, for example, a force acts as a coupling variable in such a co-simulation, then the coupling error has a direct effect on the overall system behavior, for example by a faulty acceleration of an inertia.
  • This object can be achieved by a method for configuring a co-simulation for an overall system and with an apparatus for configuring a co-simulation for an overall system according to the independent ones
  • a method for configuring a co-simulation for an entire system or a
  • Total simulation with at least a first subsystem and a second subsystem.
  • the first subsystem has at least a first one
  • Parameter input and at least a first parameter output wherein based on the first parameter input by means of a first
  • the first parameter output can be determined, and wherein the second subsystem has at least one second parameter input and at least one second parameter output. Based on the second parameter input, the second parameter output can be determined by means of a second solution algorithm.
  • connection network is determined which couples the first subsystem and the second subsystem to a coupling and determines which of the first and second parameter outputs is
  • Coupling size for the corresponding first and second parameter inputs are determined.
  • first and second parameter outputs of the corresponding first and second subsystems are determined as coupling size for the corresponding first and second parameter inputs of other subsystems (eg the other first and second subsystems) are supported by the user of the co-simulation (possibly automated, e.g.
  • the determination of the resulting connection network designates the information-technological recording of the physical relationships in the real world within the co-simulation network, eg via a directed graph consisting of all subsystems (the so-called). Nodes), their parameter inputs and parameter outputs and the specified connections of the inputs and outputs (the so-called edges).
  • first subsystem information eg direct access, input / output dynamics, instantaneous frequency, simulation times, etc.
  • second subsystem information of the second subsystem are determined.
  • An input or output dynamics describes between a
  • Parameter output can the corresponding dynamics or the input or
  • An instantaneous frequency describes the frequency content of a coupling signal at a specific time. Different physical effects can lead to different instantaneous frequencies.
  • a wheel of a vehicle turns at a constant
  • Determining the subsystem information includes obtaining pre-available information, e.g. the connectivity network and / or direct pass-through, and information generated at runtime.
  • Information generated at runtime is determined by a subsystem analysis, where the current simulation times of the subsystems are recorded, the input / output dynamics by methods from the system identification (eg via recursive least squares, finite differences) and the instantaneous frequencies by methods from the signal processing ( eg Hilbert Huang Transformation), and "direct penetration" through direct input-output relationships (eg a linear or nonlinear
  • an execution order is selected by means of which it is determined in which order the first parameter output and the second parameter output are determined (and thus determines which first and / or second parameter inputs must be extrapolated for solving the causality problem).
  • a force represents a first parameter input of a first subsystem representing a mechanical inertia and a resulting position change of the mass is available on the first parameter output configured as a second parameter input of a second subsystem and that position change in the second subsystem
  • Parameter output leads and this second parameter output is again configured as the first parameter input, so the execution order can influence the physical behavior of the co-simulation.
  • connection in the second subsystem a proportionally amplified error at the second parameter output or the force.
  • the order of execution is therefore crucial for a qualitative, high-quality, overall physical system behavior.
  • extrapolation methods are determined by which the first and second parameter inputs are input during a macro-step size (i.e.
  • the macro step size is determined, which specifies the coupling times at which an exchange of the corresponding first and second
  • Input parameters and the first and second output parameters between the first and second subsystems is performed, and which determines the extrapolation of first and second input parameters.
  • the coupling of the first and second subsystems is configured based on the interconnection network, the first subsystem information, and second subsystem information, the execution order, the
  • a subsystem has a sub model that depicts a real model (eg, a component itself or a flow model of a component, etc.).
  • a model describes the behavior of a subsystem via algebraic and / or differential relationships. This submodel is created by means of a
  • Simulation tools produced and simulated (eg a CAD program). To model and simulate an overall system and thus a
  • the entire system is built up of several subsystems. Each subsystem solves a specific system area
  • Input parameters are those parameters which the solution algorithm requires as input in order to derive the simulation result or the result
  • the input parameters are z. B.
  • the solution algorithm performs the desired simulation in a subsystem.
  • Solution algorithms can be the same or different.
  • individual solution algorithms of the subsystems can use different fixed or variable step sizes for solving the individual subsystems
  • the solution algorithm represents a numerical method with which the output parameters can be determined from the input parameters and the modeled subsystems.
  • the output parameters of the subsystems are specific values which are calculated and simulated by means of associated solution algorithms.
  • these can be geometric values for forming a geometric model, for example, if a dynamic deformation behavior, modeled using differential equations, is to be simulated in a subsystem.
  • the input parameter I can be calculated in another subsystem and is the corresponding one there
  • the interconnection network determines how and which subsystems should be coupled together.
  • the interconnection network forms a coupling between two subsystems and determines which of the first and second parameter outputs are intended as a coupling variable for the corresponding first and second parameter inputs.
  • a parameter output of a subsystem can be assigned to several parameter inputs of other subsystems.
  • the coupling can be wired or wireless to exchange the
  • the subsystem information represents information of a subsystem that characterizes the subsystem. If necessary, the subsystem information can be controlled and adapted or influenced by the coupling with other subsystems.
  • the subsystem information is, as described in more detail below, e.g. a direct penetration, input-output dynamics, instantaneous frequency and / or simulation times.
  • Subsystem information such as "direct pass-through” or “input / output dynamics,” may be pre-available or known to individual subsystems.
  • this information could be provided by the subsystem manufacturer (eg the
  • the execution order is selected, by means of which it is determined in which order to one another the first parameter output and the second parameter output are determined. In other words, it is determined when which subsystem is executed (ie simulated over the defined macro-time step). For example, in the case of mutually influencing subsystems, it is advantageous first of all to carry out a specific subsystem in advance and to use the resulting output parameters for a following subsystem, assuming identical macro time steps, without extrapolation of the input parameters (sequential execution).
  • the execution order may be predetermined by the user and / or adapted in the configuring step.
  • extrapolation methods are determined, by means of which the first and second parameter inputs during a macro step size (eg.
  • first and second input parameters different extrapolation methods can be used. If no parameter inputs are available, especially for the current macro-time step, these values must be extrapolated (estimated) and interpolated accordingly to calculate the output parameters. For example, for certain
  • the coupling of the first and second subsystems is configured based on the interconnection network, the first subsystem information, and second subsystem information, the execution order, the
  • Execution order, the connection network, etc.) and the configuration of the subsystems themselves can be set or improved. Furthermore, the duration of the overall simulation and the consumption of resources can be reduced, in particular by means of adapted and improved coupling.
  • Configuration defines the user e.g. the execution order of
  • Subsystems and for a plurality of coupling signals are the extrapolation approaches as well as the
  • the configuration is improved by taking into account in particular the subsystem information, the connection network, the execution order, the extrapolation method and the macro step width in the configuration.
  • the co-simulation is ended or the co-simulation is performed again.
  • the simulation results, the subsystem information determined (eg direct penetration, input-output dynamics, instantaneous frequency, simulation times, etc.) and the interconnection network, and the configuration can be used to run the next simulation the execution order, the
  • Macro-time step at coupling time as part of a subsystem analysis, an analysis of coupling events (for example, discrete events, high
  • Input and output parameters of the submodel are, for example, in a separate component to
  • Input parameters and first output parameters of the first subsystem and between second input parameters and second output parameters of the second subsystem.
  • the "input / output dynamics" of the subsystems are the dynamic properties of the subsystems between all available input / output combinations of the individual subsystems.
  • a subsystem between an input and an output may have a different input / output dynamics than with respect to a further input and a further output of the subsystem or a further subsystem.
  • These input / output dynamics of the subsystems can be determined by methods for data-based system identification of MIMO (multiple-input multiple-output) systems or input / output specifically, by SISO (single-input single-output). The dynamics of this subsystem decisively determine which kind of MIMO (multiple-input multiple-output) systems or input / output specifically, by SISO (single-input single-output). The dynamics of this subsystem decisively determine which kind of MIMO (multiple-input multiple-output) systems or input / output specifically, by SISO (single-input single-output). The dynamics of this subsystem decisively determine which kind of MIMO (multiple-input multiple-output) systems or input / output specifically, by SISO (single-input single-output). The dynamics of this sub
  • the input / output dynamics of the subsystems will be used to select the execution order and individual extrapolation methods.
  • Subsystem information on a simulation time of the first subsystem and / or the second subsystem For example, a first subsystem may have a different simulation time than the second subsystem (eg, by using different macro-increments). Based on the individual simulation time of the subsystems, for example, the macro step size or the execution order
  • a real-time co-simulation requires that the subsystems can be simulated in real time and thus the first and second
  • Parameter outputs can be determined in real time and thus at defined times, the coupling times, based on the real time (e.g.
  • Wall clock for further use (eg extrapolation).
  • Subsystem information on the required calculation times for performing the simulation of the individual subsystems for the respective macro-time steps so that by means of reference to the calculation time required by the subsystems with the respective macro-time steps of the subsystems Adjustments in the temporal behavior for the implementation of the co-simulation are carried out in real time at the respective coupling times.
  • Coupling times can thus bottlenecks in the temporal behavior for an execution of the co-simulation are recognized in real time, which by an advantageous configuration of the co-simulation during the term
  • Computation time (as subsystem information) needed as a macro-time step (which, for example, is defined in real-time).
  • the execution order of the subsystems can be adapted or free
  • Subsystem information on an instantaneous frequency of the first and / or second input parameters and / or the first and / or second output parameters are included in Subsystem information on an instantaneous frequency of the first and / or second input parameters and / or the first and / or second output parameters.
  • Subsystem information on a direct access of the first and / or second input parameters to the first and / or second output parameters of the subsystems refers to a system property where a change at an input of a system directly and without delay leads to a change (effect) at the output of the system.
  • the integration of subsystems with "direct penetration” leads to algebraic loops and thus to difficulties during the co-simulation or the superordinate solution process Therefore, the knowledge of whether the input and output quantities of subsystems is direct Penetration is of great interest and will therefore be used subsequently for the method of automatically configuring the co-simulation.
  • the step of determining the macro-step size comprises determining a first macro-step width of the first sub-system and determining a second macro-step width of the second subsystem.
  • the first macro step size predetermines first coupling times at which the first output parameter can be determined in each case, wherein the second macro step size specifies second coupling times at which the second output parameter can be determined in each case.
  • the step of determining the extrapolation methods comprises determining first
  • Extrapolations Kunststoffe the first subsystem by means of which the first parameter inputs during the first macro-step size (and between the coupling times) are determinable, and a determination of second
  • Extrapolations Kunststoff the second subsystem by means of which the second parameter inputs during the second macro-step size (and between the coupling times) can be determined on. For individual first and second input parameters, different extrapolation methods can be used.
  • the first subsystem has at least one first parameter input and at least one first parameter output, wherein the first parameter output can be determined based on the first parameter input by means of a first solution algorithm.
  • the second subsystem has at least one second parameter input and at least one second
  • Parameter output based on the second parameter input by means of a second solution algorithm, the second parameter output can be determined.
  • the device has a connection unit for determining a
  • Connection network which is the first subsystem and the second
  • Subsystem coupled to a coupling and determines which of the first and second parameter outputs are determined as a coupling size for the corresponding first and second parameter inputs on.
  • the apparatus further comprises a determining unit for determining first subsystem information (direct penetration, input-output dynamics, instantaneous frequency, simulation times, computation time of the subsystems and discrete events) of the first subsystem and of second ones
  • the apparatus further comprises a selection unit for selecting an execution order, by means of which it is determined in which order in relation to one another the first parameter output and the second parameter output are determined.
  • the apparatus further comprises an extrapolation unit for determining the extrapolation method, by means of which the first and second
  • the apparatus further comprises a step size unit for determining a macro step size or the macro step sizes, which specifies coupling times to which a
  • the apparatus further includes a configurator for configuring the
  • Connection network the first subsystem information and second
  • connection unit the different units, in particular connection unit,
  • Selection unit, extrapolation unit, step size unit, and configurator etc. of the device may each be realized as a processor. It is also possible to design any combination or plurality of these or other units as a common processor. All units can also be realized as a common processor. According to another exemplary embodiment, a
  • a computer-readable storage medium is described in which a program for configuring a co-simulation for an entire system is stored, which program, when executed by a processor, executes or controls the method described above.
  • a program element for configuring a co-simulation for an entire system is described, which program element, when executed by a processor, executes or controls the method described above.
  • the present invention describes a method for the automated configuration of co-simulation.
  • Coupling signals must be extrapolated; Extrapolation errors increase with increasing macro-step size in non-iterative co-simulation; and extrapolation methods are suitable for coupling depending on the application.
  • non-visible subsystems are combined to form an overall system by connecting the subsystem inputs and outputs.
  • required information is thus i .A the user. inaccessible .
  • the interconnection network represents available information and describes which subsystem inputs with which subsystem output are connected .
  • this method analyzes the involved subsystems at runtime and thus provides further information for an automated network
  • the method according to the invention additionally builds on detailed knowledge of the extrapolation methods used. Especially will be on here
  • a co-simulation consists of at least two interacting subsystems.
  • Coupling signals in the couplings over the defined macro time steps be extrapolated. If, in contrast, the first subsystem is calculated before the second subsystem and then the third subsystem, then only the coupling signal in the second coupling between the third subsystem and the second subsystem must be extrapolated in each co-simulation step.
  • Transfer function of the individual coupling can be determined.
  • Subsystems can have different dynamics and also have different dynamics.
  • Embodiments of the present invention may be implemented both by means of a computer program, that is to say a software, and by means of one or more special electrical circuits, that is to say in hardware (eg FPGA or ASIC), or in any hybrid form, that is to say by means of software. Components and hardware components, be realized.
  • the subsystems can z. B. locally on a computer (also distributed on different computing cores) or topologically network-distributed on different computers to be simulated. It should be noted that the embodiments described herein represent only a limited selection of possible embodiments of the invention. So it is possible the characteristics of individual
  • Embodiments suitably combine with each other, so that a variety of different embodiments are to be regarded as obvious to those skilled in the art with the explicit embodiment variants here.
  • some embodiments of the invention are with
  • Fig. 1 is a schematic representation of a co-simulation for a
  • Fig. 2 is a schematic representation of a sequence of the frame according to an exemplary representation of the method according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of an exemplary embodiment of the present invention.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of an extrapolation between two coupling times.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a co-simulation for a
  • FIG. 1 a co-simulation of a first submodel 110, a second submodel 120, and a third submodel 130 is constructed.
  • the first subsystem 110 has at least a first one
  • the second subsystem 120 has at least one second parameter input 121 and at least one second parameter output 122, wherein, based on the second parameter input 121, by means of a second parameter input 121
  • the third subsystem 130 has at least one third parameter input 131 and at least one third parameter output 132, based on on the third parameter input 131 by means of a third
  • a subsystem 110, 120, 130 each has a submodel which depicts a real model (eg, a component itself or a flow model of a component, etc.).
  • a model describes the behavior of a subsystem 110, 120, 130 via algebraic and / or differential relationships.
  • This submodel is produced and simulated by means of a simulation tool 113, 123, 133 (eg a CAD program). To an entire system 100 too
  • the overall system 100 is constructed from a plurality of subsystems 110, 120, 130. Each subsystem 110, 120, 130 solves a particular system area
  • the subsystems 110, 120, 130 can be simulated locally on a computer (also distributed on different processor cores) or topologically network-distributed on different computers.
  • the input parameters 111, 121, 131 are those parameters which the solution algorithm 114, 124, 134 needs as input in order to use the simulation result or the output parameters 112, 122, 132
  • the input parameters 111, 121, 131 are z. Temperature, geometric data, strengths, force, speed, environmental parameters (eg, outside temperature), flow, etc. required by the solution algorithm.
  • the solution algorithm (solver) 114, 124, 134 performs the desired
  • Solution algorithm 114 or second solution algorithm 124 may be the same or different.
  • individual solution algorithm 114 or second solution algorithm 124 may be the same or different.
  • Solution algorithms of the subsystems use different fixed or variable increments to solve the individual subsystems.
  • the solution algorithm 114, 124, 134 represents a numerical method with which the output parameters 112, 122, 132 can be determined from the input parameters 111, 121, 131 and the modeled subsystems 110, 120, 130.
  • the output parameters 112, 122, 132 in the subsystems 110, 120, 130 are specific values which are calculated and simulated by the solution algorithm 114, 124, 134. During a macro-time step, also several values of the output parameters 112, 122, 132 can be determined.
  • the first coupling 101 takes place.
  • the first parameter outputs or output parameters 112 are obtained from the first subsystem 110 and used as second parameter inputs or
  • Input parameters 121 are provided to the second subsystem 120.
  • the second output parameter of the second subsystem 120 is provided as the third input parameter 131 in the third subsystem 130.
  • a subsystem may, for example, also have a plurality of input parameters 121, which are obtained from different submodels 110, 130.
  • a third party for example, a third party
  • Input parameters 121 are provided to the second subsystem 120.
  • the first output parameter 112 is provided to the subsystem 120 via the first coupling 101 as a further second input parameter 121.
  • FIG. 2 shows, in conjunction with the co-simulation of FIG. 1 on
  • subsystem information 201 is first determined.
  • first subsystem information eg direct access, input / output dynamics, instantaneous frequency, simulation times
  • second subsystem information of the second subsystem 120 are determined.
  • This subsystem information 201 is in an initial step from a database or via default of the user to the configuration
  • the subsystem information determined in previous runs of the method may be used. Subsequent to repeatedly performing the method, the subsystem information determined in previous runs of the method may be used.
  • connection network 202 is determined, which is the first
  • Subsystem 110 and the second subsystem 120 (or a plurality of further subsystems) coupled to couplings 101, 102, 103 and determines which of the first and second parameter outputs 112, 122 are determined as coupling size for the corresponding first and second parameter inputs 111, 121.
  • an execution order 203 is selected, by means of which it is determined in which order to each other the first parameter output 112 and the second parameter output 122 are determined to us determines which first and / or second parameter inputs 121, 131 need to be extrapolated to solve the causality problem.
  • extrapolation methods 204 are determined by means of which the first and second parameter inputs 112, 122 can be determined during a macro-step width (and between the coupling times).
  • a macro step size 205 which specifies coupling times at which an exchange of the corresponding first and second
  • Subsystem 110, 120 configured based on the interconnect network (202), the first subsystem information, and second
  • Extrapolation method (204), the macro-step size (205), and the co-simulation over the Marko time step.
  • Information can be from z. B. the execution order 203 are set. On this basis and the information available, then, in a further step, appropriate
  • Extrapolation method 204 determined.
  • suitable macro-step sizes 205 are selected so that the
  • Configuration 206 of the co-simulation for a pending macro-time step is certain in the co-simulation.
  • this simulation step 207, d. H . at the next coupling time there is a subsystem analysis 208 and updating the previously collected subsystem information 201. Is after the
  • FIG. 3 describes a possible technical implementation of the method for automated configuration during (t ⁇ t en d) of the co-simulation.
  • Two subsystems 110, 120 are connected via a coupling 101 to a co-simulation.
  • a next simulation step 207 and a renewed subsystem analysis 208 takes place a next simulation step 207 and a renewed subsystem analysis 208.
  • the subsystems 110, 120, 130 based on the coupling data (the input parameters 111, 121, 131 and output parameters 112, 122, 132) analyzed and relevant information, such as a direct pass-through 302, an input / output dynamics 304, an instantaneous frequency 305 and / or
  • Simulation times 303 extracted or determined for configuration. From this database and along with other available information, such as the connection network 202 and the individual
  • Solution algorithms 301 (114, 124, 134) of the corresponding subsystems 110, 120, 130, the selection of the execution order 203, the choice of extrapolation 204 and the choice of the macro-time increments 205.
  • Fig. 3 shows a possible implementation for storing the information which serves as a database for an automated configuration of the co-simulation.
  • the available data is stored in different matrices (e.g., 202, 301, 302, 303, 304, 305). Describe by way of example
  • connection network 202 different matrices the connection of the inputs and outputs of all involved subsystems 110, 120, 130 and the connection network 202, existing "direct passages" 302 of the subsystems 110, 120, 130, input / output dynamics 304 of the subsystems 110, 120, 130, the
  • Instantaneous frequencies 305 of the coupling signals (for example, in couplings 101, 102, 103), if available subordinate solution algorithms 301 and / or the current simulation times 303 of the individual subsystems 110, 120, 130. This information is at runtime and / or following the simulation extracted.
  • the columns form the parameter inputs of the subsystems 110, 120, 130 and the rows the parameter outputs of
  • the proposed method analyzes local (eg subsystem analysis) and global (e.g., interconnection network) information and uses it to globally configure the co-simulation.
  • local e.g subsystem analysis
  • global e.g., interconnection network
  • Fig. 4 shows an extrapolation between two coupling times.
  • the subsystems 110, 120, 130 involved are solved exactly once over each defined macro-time step.
  • Execution order 203 the type of extrapolation 204 and the choice of the macro time step size 205 must be determined before the calculation, at the time of the coupling. Occur during this macro-time step z. For example, if there is a discrete event or high system dynamics, the co-simulation for this step has not been configured according to system behavior. This situation is shown graphically in FIG. Fig. 4 shows a coupling signal 401 which corresponds to the micro-time steps of the
  • Solution algorithm 114, 124, 134 of the subsystem 110, 120, 130 is defined.
  • the coupling signal 401 is extrapolated over the Marko time step to be calculated until the next coupling time 403 via extrapolation 1 st order 404.
  • extrapolation the last two values from the history of the coupling signal 401 before
  • Coupling time 402 used.
  • an event 405 now occurs at a time t e in a subsystem 110, 120, 130, which leads to a sharp change of the coupling signal 401 at the time of the event 405 and thus also to a large one

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konfigurieren einer Co-Simulation für ein Gesamtsystem (bzw. eine Gesamtsimulation) mit zumindest einem ersten Teilsystem und einem zweiten Teilsystem. Gemäß dem Verfahren wird ein Verbindungsnetzwerks bestimmt, welches das erste Teilsystem und das zweite Teilsystem an einer Kopplung koppelt und bestimmt. Ferner werden erste Teilsysteminformationen des ersten Teilsystems und von zweiten Teilsysteminformationen des zweiten Teilsystems bestimmt. Ferner wird eine Ausführungsreihenfolge selektiert, mittels welcher bestimmt wird, in welcher Reihenfolge zueinander der erste Parameterausgang und der zweite Parameterausgang bestimmt werden. Ferner werden Extrapolationsverfahren bestimmt, mittels welchen die ersten und zweiten Parametereingänge während einer Makro-Schrittweite (z. B. zwischen den Koppelzeitpunkten) bestimmbar sind. Die Makro-Schrittweite wird bestimmt, welche die Koppelzeitpunkte vorgibt, an welchen eine Austausch der entsprechenden ersten und zweiten Eingangsparameter und die ersten und zweiten Ausgangsparameter zwischen den ersten und zweiten Teilsystemen durchgeführt wird. Die Kopplung des ersten und zweiten Teilsystems wird konfiguriert basierend auf dem Verbindungsnetzwerk, der ersten Teilsysteminformationen und zweiten Teilsysteminformationen, der Ausführungsreihenfolge, und den Extrapolationsverfahren und der Makro-Schrittweite und die Co-Simulation durchgeführt.

Description

Verfahren zum Konfigurieren einer Co-Simulation für ein Gesamtsystem
Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Konfigurieren einer Co-Simulation für ein Gesamtsystem.
Hintergrund der Erfindung
Eine virtuelle Entwicklung von technischen Systemen ist Stand der Technik und ermöglicht frühzeitige Systemanalysen und virtuelles Testen und führt somit zu Zeit- und Kosteneinsparungen. Dabei werden in jeder Ingenieurs- Disziplin (z. B. Mechanik, Elektronik, etc.) Modelle für die spezifischen
Komponenten in speziellen Simulationswerkzeugen entwickelt und für sich simuliert und analysiert. Einflüsse von anderen Systemen werden nur eingeschränkt betrachtet. Die Entwicklung eines Gesamtsystems erfordert allerdings ein Zusammenspiel aller technischer Domänen bzw. aller
Komponenten, sodass diese Interaktionen auch auf virtueller Ebene abgebildet werden müssen. Co-Simulation bietet eine Möglichkeit um die verteilt modellierte und verteilt simulierte Modelle zusammen zu führen. Hierbei werden die Koppelgrößen zu definierten Zeitpunkten, nach so genannten Makro-Zeitschritten, während der Simulation ausgetauscht.
Die Eigenschaften der verwendeten Simulationswerkzeuge und die
Charakteristiken der Modelle bestimmen, welcher Kopplungsalgorithmus verwendet werden kann. Erlauben Simulationswerkzeuge oder simulierte Modelle (z.B. FMI) ein wiederholen eines Rechenschrittes, so können iterative (implizite) Ansätze (strong coupling) angewandt werden. Meist wird jedoch ein dazu benötigtes Rücksetzten der Simulationswerkzeuge und
Simulationsmodelle nicht unterstützt oder die Simulation muss in Echtzeit erfolgen, sodass nicht-iterative (explizite) Ansätze bemüht werden müssen . Im Falle von internen Schleifen (Datenabhängigkeiten) ist jedoch bei nichtiterativer Co-Simulation eine Extrapolation von Koppelgrößen über den aktuellen Makro-Zeitschritt zwingend notwendig und führt zu Ungenauigkeiten .
Der dadurch entstehende Fehler kann durch geeignete Konfiguration der Co- Simulation vernachlässigbar klein gehalten werden, ist aber nach Stand der Technik manuell durch den Anwender der Co-Simulation zu tätigen . Dies ist zeitaufwändig und meist auch, aufgrund der vorherrschenden Komplexität der Co-Simulation, durch den Anwender der Co-Simulation manuell nicht machbar.
AT 509930 A2 mit dem Titel„Modellbasierte Methodik und Verfahren zur Quantifizierung der Qualität der Resultate von Co-Simulationen" beschreibt ein Verfahren zur Bewertung der Qualität des co-simulierten Gesamtsystems.
Approximierte Modellbeschreibungen, Kopplungsinformationen und die
Ausführungsreihenfolge als statische Metainformationen werden neben den, durch Extrapolation eingebrachten, modellierten Kopplungsunsicherheiten dazu verwendet, die Qualität vorab, d . h . vor dem Start der Co-Simulation, zu bestimmen .
In der Co-Simulation werden modellierte Teilsysteme über die Ein- und
Ausgabeparameter der Modelle zu einem Gesamtmodell gekoppelt.
Teilsysteme repräsentieren hierbei algebraische und/oder differentielle,
Gleichungssysteme. Jedes Teilsystem wird jedoch unabhängig von anderen Teilsystemen über einen Makro-Zeitschritt durch einen eigenen numerischen Lösungsalgorithmus gelöst bzw. simuliert. Lösungsalgorithmen werden typischerweise vom Anwender in Anlehnung des vorliegenden und zu lösenden Gleichungssystems gewählt. In jedem Simulator eines Teilsystems wird ein spezieller numerischer Lösungsalgorithmus (Solver) eingesetzt. Bei Netzwerk- internen Schleifen entstehen Datenabhängigkeiten zwischen den involvierten Teilsystemen, sodass je nach Ausführungsreihenfolge - parallel oder sequentiell - mehr oder weniger Koppelgrößen (Eingangsparameter) durch Extrapolationsverfahren über den zu lösenden Makro-Zeitschritt„geschätzt" werden müssen. Diese Extrapolation ist notwendig um das vorherrschende Kausalitätsproblem zu lösen und führt zwangsläufig zu einem notwendigen Fehler.
Dieser zwangsläufig durch die Kopplung eingebrachte Fehler beeinflusst zum Teil signifikant das physikalische Verhalten des verteilten Systems. Dient beispielhaft eine Kraft als Koppelgröße in einer solchen Co-Simulation, so wirkt sich der Koppelfehler direkt auf das Gesamtsystemverhalten aus, beispielhaft durch eine fehlerhafte Beschleunigung einer Trägheit.
Darstellung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Konfiguration einer Co- Simulation zu erstellen und zu verbessern.
Diese Aufgabe kann durch einem Verfahren zum Konfigurieren einer Co- Simulation für ein Gesamtsystem und mit einer Vorrichtung zum Konfigurieren einer Co-Simulation für ein Gesamtsystem gemäß den unabhängigen
Ansprüchen gelöst werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Konfigurieren einer Co-Simulation für ein Gesamtsystem (bzw. eine
Gesamtsimulation) mit zumindest einem ersten Teilsystem und einem zweiten Teilsystem. Das erste Teilsystem weist zumindest einen ersten
Parametereingang und zumindest einen ersten Parameterausgang auf, wobei basierend auf dem ersten Parametereingang mittels eines ersten
Lösungsalgorithmus der erste Parameterausgang bestimmbar ist, und wobei das zweite Teilsystem zumindest einen zweiten Parametereingang und zumindest einen zweiten Parameterausgang aufweist. Basierend auf dem zweiten Parametereingang ist mittels eines zweiten Lösungsalgorithmus der zweite Parameterausgang bestimmbar.
Gemäß dem Verfahren wird ein Verbindungsnetzwerk bestimmt, welches das erste Teilsystem und das zweite Teilsystem an einer Kopplung koppelt und bestimmt, welcher der ersten und zweiten Parameterausgänge als
Koppelgröße für die entsprechenden ersten und zweiten Parametereingänge bestimmt sind.
Welche ersten und zweiten Parameterausgänge der entsprechenden ersten und zweiten Teilsysteme als Koppelgröße für die entsprechenden ersten und zweiten Parametereingänge anderer Teilsysteme (z.B. der anderen ersten und zweiten Teilsysteme) bestimmt sind, werden durch den Anwender der Co- Simulation (evtl. automatisiert unterstützt, z. B.„name-mapping") festgelegt. Das Bestimmen des daraus resultierenden Verbindungsnetzwerkes bezeichnet das informationstechnische erfassen der physikalischen Zusammenhänge in der realen Welt innerhalb des Co-Simulationsnetzwerkes, z. B. über eine gerichteten Graphen, bestehend aus allen Teilsystemen (den sog . Knoten), deren Parametereingängen und Parameterausgängen und den festgelegten Verbindungen der Parameter ein- und -ausgänge (den sog . Kanten).
Ferner werden erste Teilsysteminformationen (z. B. direkter Durchgriff, Ein- Ausgangsdynamiken, Momentanfrequenz, Simulationszeiten etc.) des ersten Teilsystems und zweite Teilsysteminformationen des zweiten Teilsystems bestimmt.
Beispielhaft existiert ein direkter Durchgriff zwischen einem Parametereingang und einem Parameterausgang eines Teilsystems bei einer starren
mechanischen Kopplung in einem Teilsystem auf, wo z. B. die Position einer ersten Masse durch einen Parametereingang vorgegeben ist und dadurch auf die Position einer starr gekoppelten zweiten Masse als Parameterausgang direkt durchgreift (unabhängig davon welche Kraft für diesen Vorgang notwendig ist). Ändert sich beispielsweise die Position der ersten Masse, so ändert sich entsprechend die Position der zweiten Masse. Die Änderung muss nicht ausschließlich linear erfolgen. Im Allgemeinen beschreibt ein direkter Durchgriff einen statischen Zusammenhang zwischen einem Parametereingang x und einem Parameterausgang y der Form y = g(x), wobei g(x) eine beliebige statische Abbildung bzw. eine Funktion repräsentiert. So kann beispielsweise zu einer bestimmten Position x einer ersten Masse, eine bestimmte Position y einer zweiten Masse anhand einer vorgegebenen Kennlinie direkt bezogen werden. Eine entsprechende Kennlinie kann linear oder z. B. auch exponentiell verlaufen. Die entsprechende direkte Änderung eines Parameterausganges bzgl. eines Parametereinganges lässt auf einen direkten Durchgriff schließen.
Eine Ein- bzw. Ausgangsdynamik beschreibt zwischen einem
Parametereingang und einem Parameterausgang eines Teilsystems die zugrundeliegenden physikalischen Gesetzmäßigkeiten eines dynamischen Vorganges. Mathematisch dienen zur Beschreibung von dynamischen
Vorgängen Differentialgleichungen. Wird beispielhaft eine Masse m durch eine Kraft F als Parametereingang bewegt und resultiert in einer Positionsänderung bzw. eine Änderung der Position x am Parameterausgang kann daraufhin anhand der Ergebnisse der Parameterausgänge in Bezug auf die
Parametereingänge auf die Ein- bzw. Ausgangsdynamik, d .h. der physikalisch mathematische Bezug zueinander, geschlossen werden. Die Ein- Ausgangsdynamik wird in dem oben genannten Beispiel durch die
Differentialgleichung d2x/dt2 = F/m beschrieben und prägt die Ein- bzw.
Ausgangsdynamik zwischen dem Parametereingang und dem zugehörigen Parameterausgang . Wird die Ein-Ausgangsdynamik unter Verwendung der Parametereingänge und Parameterausgänge abgeschätzt, so gilt es die
Parameter der zugrundeliegenden Differenzialgleichung zu bestimmen, beispielhaft die Masse im oben angeführten Beispiel. Hierzu werden die
Anhand der Beziehung zwischen dem Parametereingang und den
Parameterausgang kann die entsprechende Dynamik bzw. die Ein- bzw.
Ausgangsdynamik bestimmt werden.
Eine Momentanfrequenz beschreibt den Frequenzinhalt eines Koppelsignales zu einem bestimmten Zeitpunkt. Unterschiedliche physikalische Effekte können hierbei zu unterschiedlichen Momentanfrequenzen führen.
Beispielsweise dreht sich ein Rad eines Fahrzeuges bei konstanter
Geschwindigkeit mit konstanter Drehzahl. Bei einem Bremsmanöver verringert sich die Raddrehzahl und somit die Momentanfrequenz dieses
Parameterausgangs bzw. des Paramatereinganges. Treten zusätzlich
Reibeffekte (z. B. dynamischer Radschlupf) auf, so resultieren hohe
Frequenzanteile und dadurch signifikante Änderungen in der
Momentanfrequenz. Verzögert sich die Drehzahl eines Rades, so weist das Koppelsignal eine konstante Momentanfrequenz auf. Wird die Drehzahl eines Rades, beispielsweise aufgrund des Einsatzes eines Antiblockiersystems, sprunghaft reduziert, so können signifikante Änderungen in der
Momentanfrequenz festgestellt werden.
Das Bestimmen der Teilsysteminformationen umfasst das Einholen von vorab verfügbarer Information, wie z.B. das Verbindungsnetzwerk und/oder der direkter Durchgriff, und von zur Laufzeit generierter Informationen. Zur Laufzeit generierte Informationen werden durch eine Teilsystemanalyse bestimmt, wo die aktuelle Simulationszeiten der Teilsysteme erfasst, die Ein- /Ausgangsdynamiken durch Methoden aus der Systemidentifikation (z. B. über recursive least Squares, finite Differenzen) und die Momentanfrequenzen durch Methoden aus der Signalverarbeitung (z. B. Hilbert Huang Transformation) geschätzt, und„direkte Durchgriffe" durch direkte Ein- Ausgangszusammenhänge (z.B. ein linearer oder nichtlinearer
Zusammenhang) ermittelt werden. Ferner wird eine Ausführungsreihenfolge selektiert, mittels welcher bestimmt wird, in welcher Reihenfolge zueinander der erste Parameterausgang und der zweite Parameterausgang bestimmt werden (und somit festlegt, welche ersten und/oder zweiten Parametereingänge zum Lösen des Kausalitätsproblems extrapoliert werden müssen).
Repräsentiert beispielhaft eine Kraft einen ersten Parametereingang eines ersten Teilsystems, welches eine mechanische Trägheit darstellt, und eine resultierender Positionsänderung der Masse am ersten Parameterausgang verfügbar ist, welcher als zweiter Parametereingang eines zweiten Teilsystems konfiguriert ist, und diese Positionsänderung im zweiten Teilsystem
proportional zu einer Kraft (z. B. Kolumbsche Reibung) als zweiter
Parameterausgang führt und dieser zweiter Parameterausgang wiederum als erster Parametereingang konfiguriert ist, so kann die Ausführungsreihenfolge das physikalische Verhalten der Co-Simulation beeinflussen. Wird die
Ausführungsreihenfolge derart gewählt, sodass die Kraft extrapoliert weden muss, so wirken sich Extrapolationsfehler aufgrund der Trägheit der Masse abgeschwächt auf die Positionsänderung der Masse aus. Wird hingegen die Ausführungsreihenfolge derart gewählt, sodass die Positon der Masse extrapoliert werden muss, so resultiert aufgrund des proportionalen
Zusammenhanges im zweiten Teilsystem eine proportional verstärkter Fehler am zweiten Parameterausgang bzw. der Kraft. Die Ausführungsreihenfolge ist demnach entscheidend für ein qualitatives, hochwertiges, physikalisches Gesamtsystemverhalten.
Ferner werden Extrapolationsverfahren bestimmt, mittels welcher die ersten und zweiten Parametereingänge während einer Makro-Schrittweite (d.h.
zwischen den Koppelzeitpunkten), im Falle einer notwendigen Schätzung zum Lösen des Kausalitätsproblems, bestimmbar sind . Extrapolationsverfahren beeinflussen unterschiedlich das physikalische
Verhalten des Gesamtsystems. Wird beispielhaft die eine auf eine Masse wirkende Kraft durch eine Extrapolation Nullter Ordnung (der zuletzt bekannte werden wird über den aktuellen Zeitschritt konstant gehalten) extrapoliert so führt dies zu einem treppenförmigen Verlauf der Kraft bzw. des
Parametereinganges. Abhängig von der Größe der Masse können dieser Sprünge in der Kraft entscheidenden Einfluss auf das Systemverhalten haben. Bei eine großen Masse werden keine signifikanten Störungen erwartet. Bei eine sehr kleinen Masse wird hingegen die Masse direkt dynamisch angeregt und zu unerwünschten Schwingungen führen (z. B. steife Schwindungen.). Ahilfe schaffen hier„glatte" extrapolierte Kraftverläufe. Die Wahl des
Extrapolationsverfahrens ist demnach entscheidend für ein qualitatives, hochwertiges, physikalisches Gesamtsystemverhalten. Die Makro-Schrittweite wird bestimmt, welche die Koppelzeitpunkte vorgibt, an welchen ein Austausch der entsprechenden ersten und zweiten
Eingangsparameter und den ersten und zweiten Ausgangsparameter zwischen den ersten und zweiten Teilsystemen durchgeführt wird, und welche den Extrapolationshorizont von ersten und zweiten Eingangsparametern festlegt.
Je größer Makro-Schrittweite desto weiter muss ein Parametereingang in die Zukunft extrapoliert weden und hat somit und somit teils entscheidenden Einfluss auf das physikalische Verhalten des Gesamtsystems. Wird beispielhaft eine Kraft als Parametereingang auf eine Masse in einem Teilsystem
aufgeprägt und dieser Parametereingang über die definierte MakroSchrittweite über Extrapolation Nullter Ordnung extrapoliert, so erfährt die Masse eine zeitlich verzögerte Anregung. Die resultierende dynamische Reaktion der Masse wird somit beeinflusst was zu Stabilitätsproblemen führen kann. Eine kleinere Makro-Schrittweite führt in diesem Fall zu einer kleineren zeitlichen Verzögerung und somit evtl. zu einem stabilisierten
Gesamtsystemverhalten. Die Wahl der Marko-Schrittweite Extrapolationsverfahren ist demnach entscheidend für ein qualitatives, hochwertiges, physikalisches Gesamtsystemverhalten.
Die Kopplung des ersten und zweiten Teilsystems wird konfiguriert basierend auf dem Verbindungsnetzwerk, der ersten Teilsysteminformationen und zweiten Teilsysteminformationen, der Ausführungsreihenfolge, dem
Extrapolationsverfahren und der Makro-Schrittweite und die Co-Simulation während der Makro-Zeitschritte durchgeführt.
Ein Teilsystem weist ein Teilmodell auf, welches ein reales Modell abbildet (z. B. ein Bauteil selbst oder ein Strömungsmodell eines Bauteils etc.). Ein Modell beschreibt über algebraische und/oder differenzielle Zusammenhänge das Verhalten eines Teilsystems. Dieses Teilmodell wird mittels eines
Simulationstools hergestellt und simuliert (z. B. ein CAD-Programm). Um einen Gesamtsystem zu Modellieren und zu Simulieren und somit eine
wahrheitsgemäße Aussage des Verhaltens des Gesamtsystems in der realen Welt treffen zu können, wird das Gesamtsystem aus mehreren Teilsystemen aufgebaut. Jedes Teilsystem löst einen bestimmten Systembereich
(Strömungsmodell, Strukturmodell, Temperaturprofil) des Gesamtsystems. Die einzelnen Teilsysteme beeinflussen sich untereinander. So ergibt
beispielsweise ein bestimmtes Temperaturprofil ein davon abhängiges
Strömungsmodell oder Strukturmodell (z. B. ein unterschiedliches
Verformungsverhalten des Strukturmodells).
Eingangsparameter sind jene Parameter, welcher der Lösungsalgorithmus als Eingabe benötigt, um daraus das Simulationsergebnis bzw. die
Ausgangsparameter zu bestimmen. Die Eingangsparameter sind z. B.
Temperatur, geometrische Daten, Kraft, Drehzahl, Umgebungsparameter (z.B. Außentemperatur), Strömung etc., welche von dem Lösungsalgorithmus benötigt werden. Der Lösungsalgorithmus (Solver) führt die gewünschte Simulation in einem Teilsystem durch. Der erste Lösungsalgorithmus oder der zweite
Lösungsalgorithmus können dabei gleich sein oder sich unterscheiden. Zudem können individuelle Lösungsalgorithmen der Teilsysteme unterschiedliche feste oder variable Schrittweiten zum Lösen der individuellen Teilsysteme
verwenden. Der Lösungsalgorithmus repräsentiert ein numerisches Verfahren, mit welchem aus den Eingangsparametern und den modellierten Teilsystemen die Ausgangsparameter bestimmt werden können.
Die Ausgangsparameter der Teilsysteme sind bestimmte Werte, welche mittels zugehörigen Lösungsalgorithmen berechnet und simuliert werden. Zum
Beispiel können dies geometrische Werte zum Bilden eines geometrischen Modells sein, wenn zum Beispiel ein dynamisches Verformungsverhalten, modelliert über Differentialgleichungen, in einem Teilsystem simuliert werden soll. Beispielsweise kann die Spannung U des algebraischen Teilmodells U = R*I simuliert werden, wobei der Wiederstand R einen Teilsystem internen
Modellparameter darstellt und I die Stromstärke ist und entsprechend den Eingangsparameter darstellt. Der Eingangsparameter I kann in einem anderen Teilsystem berechnet werden und ist dort der entsprechende
Ausgangsparameter.
Das Verbindungsnetzwerk bestimmt, wie und welche Teilsysteme miteinander gekoppelt werden sollen. Das Verbindungsnetzwerk bildet zwischen zwei Teilsystemen eine Kopplung und bestimmt, welcher der ersten und zweiten Parameterausgänge als Koppelgröße für die entsprechenden ersten und zweiten Parametereingängen bestimmt sind . Ein Parameterausgang eines Teilsystems kann mehreren Parametereingängen anderer Teilsysteme zugeordnet sein. Die Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos zum Austausch der
Informationen ausgeführt werden.
Die Teilsysteminformationen stellen Informationen eines Teilsystems dar, welche das Teilsystem charakterisieren. Die Teilsysteminformationen können ggf. gesteuert und angepasst werden oder werden durch die Kopplung mit anderen Teilsystemen beeinflusst. Die Teilsysteminformation sind, wie unten detaillierter beschrieben z.B. ein direkter Durchgriff, Ein-Ausgangsdynamiken, Momentanfrequenz und/oder Simulationszeiten.
Teilsysteminformationen, wie der„direkte Durchgriff" oder die„Eingangs- /Ausgangsdynamiken" können für individuelle Teilsysteme vorab verfügbar oder bekannt sein. Beispielhaft könnten diese Informationen im Rahmen von zusätzlicher Information vom Teilsystemersteller (z. B. dem
Simulationswerkzeug) gemeinsam mit dem Teilsystem bereitgestellt werden. In diesem Fall würde sich der Analyseaufwand in der Analyse der Teilsysteme für individuelle Teilsysteme entsprechend reduzieren.
Zudem wird die Ausführungsreihenfolge selektiert, mittels welcher bestimmt wird, in welcher Reihenfolge zueinander der erste Parameterausgang und der zweite Parameterausgang bestimmt werden. Mit anderen Worten wird bestimmt, wann welches Teilsystem ausgeführt (d.h. über den definierten Makro-Zeitschritt simuliert) wird . Beispielsweise ist es bei sich gegenseitig beeinflussenden Teilsystemen vorteilhaft, zunächst ein bestimmtes Teilsystem vorab Auszuführen und die daraus bezogenen Ausgangsparameter für ein folgendes Teilsystem, unter der Annahme von gleichen Makro-Zeitschritten, ohne Extrapolation der Eingangsparameter zu verwenden (sequentielle Ausführung). Die Ausführungsreihenfolge kann vom Anwender vorgegeben werden und/oder in dem Schritt des Konfigurierens angepasst werden. Ferner werden Extrapolationsverfahren bestimmt, mittels welcher die ersten und zweiten Parametereingänge während einer Makro-Schrittweite (z.B.
zwischen den Koppelzeitpunkten) bestimmbar sind . Für individuelle erste und zweite Eingangsparameter können unterschiedlichen Extrapolationsverfahren verwendet werden. Falls keine Parametereingänge, insbesondere für den aktuellen Makro-Zeitschritt, zur Verfügung stehen, müssen diese Werte extrapoliert (geschätzt) und entsprechend interpoliert werden, um daraus die Ausgangsparameter zu berechnen. Beispielsweise sind für bestimmte
Lösungsalgorithmen zum Lösen der Teilsysteme, unterschiedliche
Extrapolationsverfahren geeignet, sodass eine geeignete Auswahl des
Extrapolationsverfahrens die Simulationsergebnisse der Teilsysteme positiv beeinflusst.
Die Kopplung des ersten und zweiten Teilsystems wird konfiguriert basierend auf dem Verbindungsnetzwerk, der ersten Teilsysteminformationen und zweiten Teilsysteminformationen, der Ausführungsreihenfolge, dem
Extrapolationsverfahren und der Makro-Schrittweite. Aufgrund der
Berücksichtigung der oben genannten Elemente bei der Kopplung von zwei oder mehreren Teilsystemen wird das Simulationsergebnis der
Gesamtsimulation verbessert, da basierend auf den festgestellten
Informationen die Konfiguration der Teilsysteme zueinander (z. B.
Ausführungsreihenfolge, dem Verbindungsnetzwerk etc.) und die Konfiguration der Teilsysteme selbst (Makro-Schrittweite, Auswahl Extrapolationsverfahren) eingestellt bzw. verbessert werden kann. Ferner kann insbesondere durch eine angepasste und verbesserte Kopplung die Dauer der Gesamtsimulation sowie der Ressourcenverbrauch reduziert werden.
Der Anwender einer Co-Simulation steht heute vor der Herausforderung die resultierende Gesamtsimulation zu konfigurieren. Im Rahmen der
Konfiguration definiert der Anwender z.B. die Ausführungsreihenfolge der
Teilsysteme und für eine Vielzahl von Koppelsignalen (z. B. Eingangsparameter oder Ausgangsparameter) sind die Extrapolationsansätze sowie die
zugehörigen Makro-Schrittweiten vorzugeben. Mittels dem erfindungsgemäßen Ansatz wird die Konfiguration verbessert, indem bei der Konfiguration insbesondere die Teilsysteminformationen, das Verbindung Netzwerk, die Ausführungsreihenfolge, das Extrapolationsverfahren und die MakroSchrittweite berücksichtigt werden.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird nach einem Marko-Zeitschritt die Co-Simulation beendet oder die Co- Simulation erneut durchgeführt. Bei einem erneuten interaktiven Durchführen des Verfahrens bzw. der Co-Simulation, können die Simulationsergebnisse, die ermittelten Teilsysteminformationen (z.B. direkter Durchgriff, Ein- Ausgangsdynamiken, Momentanfrequenz, Simulationszeiten etc.) und das Verbindungsnetzwerk, und die Konfiguration verwendet werden, um bei dem Durchlauf der kommenden Simulation die Ausführungsreihenfolge, die
Extrapolationsverfahren und die Makrosch rittweite anzugepassen. Somit optimiert sich für jeden Durchlauf das Ergebnis einer Co-Simulation, da von Durchlauf zu Durchlauf eine verbesserte Konfiguration der Kopplung der Teilsysteme durchgeführt wird.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird nach einem
Makro-Zeitschritt, zum Koppelzeitpunkt im Rahmen einer Teilsystemanalyse, eine Analyse von Koppelereignissen (z.B. diskrete Ereignisse, hohe
Systemdynamiken) durchgeführt und basierend auf der Analyse die
Teilsysteminformationen des ersten und/oder zweiten Teilsystems, die
Ausführungsreihenfolge, die Extrapolationsverfahren und/oder die MakroSchrittweite angepasst bzw. konfiguriert. Beispielsweise kann ein sprunghafter Verlauf eines Koppelsignals während einer Simulation in einem Teilsystem zwischen den Koppelzeitpunkten bedeuten, dass eine ungeeignete
Ausführungsreihenfolge, ein ungeeignetes Extrapolationsverfahren (und somit ungeeignete Eingangsparameter bestimmt wurden) angewendet wurde oder die Wahl der Makro-Schrittweite ungeeignet (z.B. zu groß gewählt) war. Auf Basis dieser Informationen kann bei einem erneuten Durchlauf der Co- Simulation die Wahl der Ausführungsreihenfolge, und/oder die Wahl des Extrapolationsverfahrens und/oder die Wahl der Makro-Schrittweite angepasst werden.
Im Rahmen einer Analyse der Teilmodelle werden Eingangs- und
Ausgangsparameter (Koppelsignale) der Teilsysteme zur Laufzeit auf unterschiedliche Eigenschaften analysiert. Eingangs- und Ausgangsparameter des Teilmodells werden zum Beispiel in einer separaten Komponente zur
Analyse des Teilmodells herangezogen. Ferner kann die Bestimmung des sog . „direkten Durchgriffs", der„Eingangs-/Ausgangsdynamiken", die
Simulationszeiten der Teilsysteme und eine„Frequenzanalyse"
(Momentanfrequenz) sowie eine Berechnungszeit der Teilsysteme und diskrete Ereignisse berücksichtigt werden .
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weisen die
Teilsysteminformationen die Ein-Ausgangsdynamiken zwischen ersten
Eingangsparameter und ersten Ausgangsparameter des ersten Teilsystems und zwischen zweiten Eingangsparameter und zweiten Ausgangsparameter des zweiten Teilsystems auf.
Als "Eingangs-/Ausgangsdynamiken" der Teilsysteme werden die dynamischen Eigenschaften der Teilsysteme zwischen allen verfügbaren Eingangs- /Ausgangskombinationen der individuellen Teilsysteme bezeichnet.
Beispielhaft kann ein Teilsystem zwischen einem Eingang und einem Ausgang eine bzw. eine andere Eingangs-/Ausgangsdynamik als bzgl. einem weiteren Eingang und einem weiteren Ausgang des Teilsystems oder einem weiteren Teilsystems aufweisen. Diese Eingangs-/Ausgangsdynamiken der Teilsysteme können über Methoden zur datenbasierten Systemidentifikation von MIMO (multiple-input multiple-output) Systemen oder, Eingangs/Ausgangs- spezifisch, von SISO (single-input single-output) erfolgen. Die Dynamik des vorliegenden Teilsystems bestimmt maßgeblich welche Art von
Lösungsalgorithmus oder Schrittweite verwendet werden muss, um eine stabile und genaue numerische Lösung zu erhalten. Bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren werden die Eingangs-/Ausgangsdynamiken der Teilsysteme maßgeblich dazu verwendet werden die Ausführungsreihenfolge und individuelle Extrapolationsverfahren auszuwählen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weisen die
Teilsysteminformationen eine Simulationszeit des ersten Teilsystems und/oder des zweiten Teilsystems auf. Beispielsweise kann ein erstes Teilsystem eine unterschiedliche Simulationszeit als das zweite Teilsystem aufweisen (z. B. durch Verwendung unterschiedlicher Makro-Schrittweiten). Basierend in Abhängigkeit von der individuellen Simulationszeit der Teilsysteme kann beispielsweise die Makroschrittweite oder die Ausführungsreihenfolge
angepasst werden, um den Durchlauf der Co-Simulation zu verbessern.
Ergänzend wird der Sachverhalt festgehalten, dass das vorgestellte Verfahren und die Vorrichtung zur Konfiguration einer Co-Simulation auch im Rahmen einer Echtzeit-Co-Simulation angewandt werden kann. Im Unterschied zu einer (Nicht-Echtzeit) Co-Simulation erfordert eine Echtzeit-Co-Simulation, dass die Teilsysteme in Echtzeit simulierbar und somit die ersten und zweiten
Parameterausgänge in Echtzeit bestimmbar sind und somit zu definierten Zeitpunkten, den Koppelzeitpunkten, in Anlehnung an die reale Zeit (z.B.
Wanduhr), zur weiteren Verwendung (z. B. Extrapolation) vorliegen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weisen die
Teilsysteminformationen die benötigten Berechnungszeiten zum Ausführen der Simulation der individuellen Teilsysteme für die jeweiligen Makro-Zeitschritte auf, so dass mittels in Bezug stellen der von den Teilsystemen benötigten Berechnungszeit mit den jeweiligen Makro-Zeitschritten der Teilsysteme zu den jeweiligen Koppelzeitpunkten Anpassungen im zeitlichen Verhalten für die Durchführung der Co-Simulation in Echtzeit durchgeführt werden. Durch in Bezug stellen der von den Teilsystemen benötigte Berechnungszeit mit den jeweiligen Makro-Zeitschritten der Teilsysteme zu den jeweiligen
Koppelzeitpunkten können somit Engpässe im zeitlichen Verhalten für eine Ausführung der Co-Simulation in Echtzeit erkannt werden, welchen durch eine vorteilhafte Konfiguration der Co-Simulation während der Laufzeit
entgegenwirkt wird. Zum Beispiel kann in dem Schritt des Konfigurierens berücksichtigt werden, wenn z.B. ein Teilsystem, welches eine kürzere
Berechnungszeit (als Teilsysteminformation) benötigt als ein Makro-Zeitschritt (welcher z. B. in Echtzeit definiert wird). In diesem Fall kann beispielsweise die Ausführungsreihenfolge der Teilsysteme angepasst werden oder freie
Rechenkapazitäten anderweitig eingesetzt werden, um somit mittels
Konfiguration die Co-Simulation zu verbessern.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weisen die
Teilsysteminformationen eine Momentanfrequenz der ersten und/oder zweiten Eingangsparameter und/oder der ersten und/oder zweiten Ausgangsparameter auf.
Bei einer„Frequenzanalyse" der Koppelsignale werden einzelne Koppelsignale auf deren Frequenzinhalt untersucht. Im Fokus der Untersuchungen steht die Ermittlung der sog. Momentanfrequenz, welche durch Methoden aus der Signalverarbeitung ermittelt werden kann. Beispielhaft wird die
Momentanfrequenz durch die sog. Hilbert-Huang-Transformation bestimmt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weisen die
Teilsysteminformationen einen direkten Durchgriff der ersten und/oder zweiten Eingangsparameter auf die ersten und/oder zweiten Ausgangsparameter der Teilsysteme auf. Der Begriff„Direkter Durchgriff" bezeichnet in der Regelungstechnik eine Systemeigenschaft, wo eine Änderung an einem Eingang eines Systems direkt und unverzögert zu einer Änderung (Wirkung) am Ausgang des Systems führt. Die Detektion eines„direkter Durchgriffs" kann z. B. datenbasierte Methoden der Systemidentifikation erfolgen. Im Kontext der Co-Simulation führt die Integration von Teilsystemen mit„direktem Durchgriff" zu algebraischen Schleifen und somit zu Schwierigkeiten während der Co-Simulation bzw. dem übergeordneten Lösungsprozess. Aus diesem Grund ist die Kenntnis ob zwischen Eingangs- und Ausgangsgrößen von Teilsystemen ein direkter Durchgriff existiert von hohem Interesse und wird deshalb in weiterer Folge für das Verfahren zur automatischen Konfiguration der Co-Simulation verwendet.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weisen die
Teilsysteminformationen eine Analyse von Koppelereignissen (diskrete
Ereignisse, hohe Systemdynamiken) der ersten und/oder zweiten
Eingangsparameter und/oder der ersten und/oder zweiten Ausgangsparameter der Teilsysteme auf. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Schritt des Bestimmens der Makro-Schrittweite ein Bestimmen einer ersten MakroSchrittweite des ersten Teilsystems und ein Bestimmen einer zweiten MakroSchrittweite des zweiten Teilsystems auf. Die erste Makro-Schrittweite gibt erste Koppelzeitpunkte vor, an welchen jeweils der erste Ausgangsparameter bestimmbar ist, wobei die zweite Makro-Schrittweite zweite Koppelzeitpunkte vorgibt, an welchen jeweils der zweite Ausgangsparameter bestimmbar ist.
Bei einer Co-Simulation sind unterschiedlichen Teilsysteme involviert, welche auch schrittweise über unterschiedliche Makro-Schrittweiten simuliert werden können. Durch die Anwendung unterschiedlicher Makro-Schrittweiten ergeben sich auch unterschiedliche„Simulationszeiten" der individuellen Teilsysteme. Die Simulationszeiten beschreiben wie weit die individuellen Teilsysteme simuliert wurden und können z. B. direkt aus den Koppelsignaldaten (d .h. den Ausgangsparametern) mit Zeitstempel erfasst werden. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform weist der Schritt des Bestimmens der Extrapolationsverfahren ein Bestimmen von ersten
Extrapolationsverfahren des ersten Teilsystems, mittels welchem die ersten Parametereingänge während der ersten Makro-Schrittweite (und zwischen den Koppelzeitpunkten) bestimmbar sind, und ein Bestimmen von zweiten
Extrapolationsverfahren des zweiten Teilsystems, mittels welchem die zweiten Parametereingänge während der zweiten Makro-Schrittweite (und zwischen den Koppelzeitpunkten) bestimmbar sind, auf. Für individuelle erste und zweite Eingangsparameter können unterschiedlichen Extrapolationsverfahren verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine
Vorrichtung zum Konfigurieren einer Co-Simulation für ein Gesamtsystem mit zumindest einem Teilsystem und einem zweiten Teilsystem beschrieben. Das erste Teilsystem weist zumindest einen ersten Parametereingang und zumindest einen ersten Parameterausgang auf, wobei basierend auf dem ersten Parametereingang mittels eines ersten Lösungsalgorithmus der erste Parameterausgang bestimmbar ist. Das zweite Teilsystem weist zumindest einen zweiten Parametereingang und zumindest einen zweiten
Parameterausgang auf, wobei basierend auf dem zweiten Parametereingang mittels eines zweiten Lösungsalgorithmus der zweite Parameterausgang bestimmbar ist.
Die Vorrichtung weist eine Verbindungseinheit zum Bestimmen eines
Verbindungsnetzwerks, welches das erste Teilsystem und das zweite
Teilsystem an einer Kopplung koppelt und bestimmt, welcher der ersten und zweiten Parameterausgänge als Koppelgröße für die entsprechenden ersten und zweiten Parametereingängen bestimmt sind, auf.
Die Vorrichtung weist ferner eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen von ersten Teilsysteminformationen (direkter Durchgriff, Ein-Ausgangsdynamiken, Momentanfrequenz, Simulationszeiten, Berechnungszeit der Teilsysteme und diskrete Ereignisse) des ersten Teilsystems und von zweiten
Teilsysteminformationen des zweiten Teilsystems auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Selektionseinheit zur Selektion einer Ausführungsreihenfolge, mittels welcher bestimmt wird, in welcher Reihenfolge zueinander der erste Parameterausgang und der zweite Parameterausgang bestimmt wird, auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Extrapolationseinheit zum Bestimmen der Extrapolationsverfahrens, mittels welchem die ersten und zweiten
Parametereingänge während einer Makro-Schrittweite (und zwischen den Koppelzeitpunkten) bestimmbar sind, auf. Die Vorrichtung weist ferner eine Schrittweiteneinheit zum Bestimmen einer Makro-Schrittweite bzw. der MakroSchrittweiten auf, welche Koppelzeitpunkte vorgibt, an welchen eine
Austausch der entsprechenden ersten und zweiten Eingangsparameter und die ersten und zweiten Ausgangsparameter zwischen den ersten und zweiten Teilsystemen durchgeführt wird.
Die Vorrichtung weist ferner einen Konfigurator zum Konfigurieren der
Kopplung des ersten und zweiten Teilsystems basierend auf dem
Verbindungsnetzwerk, der ersten Teilsysteminformationen und zweiten
Teilsysteminformationen, der Ausführungsreihenfolge, den
Extrapolationsverfahren, der Makro-Schrittweiten und zum Durchführen der Co-Simulation der ersten und zweiten Teilsysteme auf.
Die unterschiedlichen Einheiten, insbesondere Verbindungseinheit,
Selektionseinheit, Extrapolationseinheit, Schrittweiteneinheit, und Konfigurator etc. der Vorrichtung können jeweils als ein Prozessor realisiert sein . Es ist auch möglich, eine beliebige Kombination bzw. Mehrzahl dieser oder anderer Einheiten als gemeinsamen Prozessor auszugestalten . Es können auch alle Einheiten als ein gemeinsamer Prozessor realisiert sein . Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein
computerlesbares Speichermedium beschrieben, in dem ein Programm zum Konfigurieren einer Co-Simulation für ein Gesamtsystem gespeichert ist, welches Programm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, das oben beschriebene Verfahren ausführt oder steuert.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Programm- Element zum Konfigurieren einer Co-Simulation für ein Gesamtsystem beschrieben, welches Programm-Element, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, das oben beschriebene Verfahren ausführt oder steuert.
Zusammenfassend beschreibt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur automatisierten Konfiguration von Co-Simulation . Eine automatisierte
Konfiguration der Co-Simulation erfolgt im Hinblick auf die Qualität der Simulationsergebnisse und nutzt zusammenfassend folgende Erkenntnisse : die Ausführungsreihenfolge der Simulationswerkzeuge bestimmt welche
Koppelsignale extrapoliert werden müssen; Extrapolationsfehler nehmen mit größer werdender Makro-Schrittweite bei nicht-iterativer Co-Simulation zu; und Extrapolationsverfahren eignen sich in Abhängigkeit der Anwendung unterschiedlich gut zur Kopplung .
Abstrakt und allgemein betrachtet werden bei einer Co-Simulation, nichteinsehbare, Teilsysteme zu einem Gesamtsystem, durch Verbinden der Teilsystemeingänge und -ausgänge, vereint. Zur Konfiguration einer Co- Simulation benötigte Informationen sind somit dem Anwender i .A. nicht zugänglich . Das Verbindungsnetzwerk stellt eine verfügbare Information dar und beschreibt, welche Teilsystemeingänge mit welchem Teilsystemausgang verbunden sind . Neben dem generell verfügbaren Verbindungsnetzwerk werden bei diesem Verfahren die involvierten Teilsysteme zur Laufzeit analysiert und dadurch weitere Informationen für eine automatisierte
Konfiguration der Co-Simulation extrahiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren baut zusätzlich auch auf Detailwissen der verwendeten Extrapolationsverfahren auf. Speziell wird hier auf
mathematische Modelle der Extrapolationsverfahren verwiesen, welche die Ableitung einer sog .„effizienten Bandbreite" zulassen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur automatisierten Konfiguration der Co-Simulation können weitere nützliche Informationen flexibel
mitberücksichtigt werden . Beispielhaft seien hier Information bzgl . der unterlagerten und verwendeten numerischen Lösungsalgorithmus zum
Simulieren der individuellen Teilsysteme angeführt. Extrapolationen von Eingangsgrößen eines Teilsystems können unerwünschte Effekte, wie z. B. Laufzeiteinbußen oder numerische Probleme, in unterlagerten
Lösungsalgorithmen hervorrufen. Denkbar sind auch z. B. Informationen bzgl . der Dynamik der Teilsysteme.
Allgemein besteht eine Co-Simulation aus zumindest zwei interagierenden Teilsystemen. Durch den ausschließlichen und somit beschränkten
Datenaustausch zu diskreten Zeitpunkten (den Koppelzeitpunkten) während der Co-Simulation gilt es ein Kausalitätsproblem durch Extrapolation der Koppelgrößen zu lösen. Hierbei entscheidet maßgeblich die
Ausführungsreihenfolge welche Koppelgrößen (z. B. Eingangsparameter) extrapoliert werden müssen und auch an welchen Stellen Koppelfehler in das Gesamtsystem eingebracht werden. Beispielhaft wird dies im Folgenden unter der Annahme gleicher Makro-Zeitschrittweiten der involvierten Teilsysteme diskutiert. Werden alle Teilsysteme parallel gerechnet, so müssen alle
Koppelsignale in den Kopplungen über die definierten Makro-Zeitschritte extrapoliert werden. Werden im Gegensatz dazu das erste Teilsystem vor dem zweiten Teilsystem und anschließend dem dritten Teilsystem gerechnet, so muss nur das Koppelsignal in der zweiten Kopplung zwischen dem dritten Teilsystem und dem zweiten Teilsystem in jedem Co-Simulationsschritt extrapoliert werden.
Zum Lösen des Kausalitätsproblems im Rahmen der Co-Simulation werden Koppelsignale extrapoliert. Die unterschiedlichen Extrapolationsansätze, inklusive Maßnahmen zu Korrektur des Koppelfehlers, nutzen zum aktuellen Zeitpunkt vorhandene Koppelsignaldaten. Die Wahl des Extrapolationsansatzes für spezielle Anwendungsfälle kann dem Anwender einer Co-Simulation überlassen werden. Das hier erfindungsgemäße Verfahren baut auf
mathematischen Modellen individueller Extrapolationsansätze auf und nutzt daraus abgeleitete Merkmale der Extrapolation. Ein Beispiel für ein solches Merkmal ist die sog.„effektive Bandbreite", welche aus einer
Übertragungsfunktion der individuellen Kopplung bestimmt werden kann.
Makro-Zeitschrittweiten definieren jene diskreten Zeitpunkte
(Koppelzeitpunkte) während der Co-Simulation, an welchen der
Datenaustausch zwischen Teilsystemen erfolgt. Da unterschiedliche
Teilsysteme unterschiedliche Dynamiken besitzen können und auch
unterschiedliche Extrapolationsansätze verwendet werden ist grundlegend eine unterschiedliche Wahl von Makro-Zeitschrittweiten sinnvoll.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können sowohl mittels eines Computerprogramms, das heißt einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, das heißt in Hardware (z. B. FPGA oder ASIC), oder in beliebig hybrider Form, das heißt mittels Software- Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden. Die Teilsysteme können z. B. lokal auf einen Rechner (auch verteilt auf unterschiedlichen Rechenkernen) oder topologisch netzwerk-verteilt auf unterschiedlichen Rechnern simuliert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen . So ist es möglich, die Merkmale einzelner
Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier expliziten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind . Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit
Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben . Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige
Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Im Folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben . Es zeigen :
Fig . 1 eine schematische Darstellung einer Co-Simulation für ein
Gesamtsystem gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig . 2 eine schematische Darstellung eines Ablaufs des Rahmens gemäß einer beispielhaften Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig . 3 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Fig . 4 eine schematische Darstellung einer Extrapolation zwischen zwei Koppelzeitpunkten .
Detaillierte Beschreibung von exemplarischen Ausführunqsformen Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen . Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch .
Fig . 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Co-Simulation für ein
Gesamtsystem 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung . In Figur 1 wird eine Co-Simulation aus einem ersten Teilmodell 110, einem zweiten Teilmodell 120 und einen dritten Teilmodell 130 aufgebaut. Das erste Teilsystem 110 weist zumindest einen ersten
Parametereingang 111 und zumindest einen ersten Parameterausgang 112 auf, wobei basierend auf dem ersten Parametereingang 111 mittels eines ersten Lösungsalgorithmus 114 der erste Parameterausgang 112 bestimmbar ist.
Das zweite Teilsystem 120 weist zumindest einen zweiten Parametereingang 121 und zumindest einen zweiten Parameterausgang 122 auf, wobei basierend auf dem zweiten Parametereingang 121 mittels eines zweiten
Lösungsalgorithmus 124 der zweite Parameterausgang 122 bestimmbar ist.
Das dritte Teilsystem 130 weist zumindest einen dritten Parametereingang 131 und zumindest einen dritten Parameterausgang 132 auf, wobei basierend auf dem dritten Parametereingang 131 mittels eines dritten
Lösungsalgorithmus 134 der zweite Parameterausgang 132 bestimmbar ist.
Ein Teilsystem 110, 120, 130 weist jeweils ein Teilmodell auf, welches ein reales Modell abbildet (z. B. ein Bauteil selbst oder ein Strömungsmodell eines Bauteils etc. ) . Ein Modell beschreibt über algebraische und/oder differenzielle Zusammenhänge das Verhalten eines Teilsystems 110, 120, 130. Dieses Teilmodell wird mittels eines Simulationstools 113, 123, 133 hergestellt und simuliert (z. B. ein CAD-Programm) . Um einen Gesamtsystem 100 zu
Modellieren und zu Simulieren und somit eine wahrheitsgemäße Aussage des Verhaltens des Gesamtsystems 100 in der realen Welt treffen zu können, wird das Gesamtsystem 100 aus mehreren Teilsystemen 110, 120, 130 aufgebaut. Jedes Teilsystem 110, 120, 130 löst einen bestimmten Systembereich
(Strömungsmodell, Strukturmodell, Temperaturprofil) des Gesamtsystems 100. Die einzelnen Teilsysteme 110, 120, 130 beeinflussen sich untereinander. So ergibt beispielsweise ein bestimmtes Temperaturprofil ein davon
abhängiges Strömungsmodell oder Strukturmodell (z. B. ein unterschiedliches Verformungsverhalten des Strukturmodells) . Die Teilsysteme 110, 120, 130 können lokal auf einen Rechner (auch verteilt auf unterschiedlichen Rechenkernen) oder topologisch netzwerk-verteilt auf unterschiedlichen Rechnern simuliert werden .
Die Eingangsparameter 111, 121 , 131 sind diejenigen Parameter, welche der Lösungsalgorithmus 114, 124, 134 als Eingabe benötigt, um daraus das Simulationsergebnis bzw. die Ausgangsparameter 112, 122, 132 zu
bestimmen . Die Eingangsparameter 111, 121, 131 sind z. B. Temperatur, geometrische Daten, Festigkeiten, Kraft, Drehzahl, Umgebungsparameter (z. B. Außentemperatur), Strömung etc. , welche von dem Lösungsalgorithmus benötigt werden . Der Lösungsalgorithmus (Solver) 114, 124, 134 führt die gewünschte
Simulation in einem Teilsystem 110, 120, 130 durch . Der erste
Lösungsalgorithmus 114 oder der zweite Lösungsalgorithmus 124 können dabei gleich sein oder sich unterscheiden . Zudem können individuelle
Lösungsalgorithmen der Teilsysteme unterschiedliche feste oder variable Schrittweiten zum Lösen der individuellen Teilsysteme verwenden . Der Lösungsalgorithmus 114, 124, 134 repräsentiert ein numerisches Verfahren, mit welcher aus den Eingangsparametern 111, 121, 131 und den modellierten Teilsystemen 110, 120, 130 die Ausgangsparameter 112, 122, 132 bestimmt werden können .
Die Ausgangsparameter 112, 122, 132 in den Teilsystemen 110, 120, 130 sind bestimmte Werte, welche mittels des Lösungsalgorithmus 114, 124, 134 berechnet und simuliert werden . Während eines Makro-Zeitschritts können auch mehrere Werte der Ausgangsparameter 112, 122, 132 bestimmt werden .
Zwischen dem ersten Teilsystem 110 und dem zweiten Teilsystem 120 findet die erste Kopplung 101 statt. Zu einem bestimmten Koppelzeitpunkt werden die ersten Parameterausgänge bzw. Ausgangsparameter 112 von dem ersten Teilsystem 110 bezogen und als zweite Parametereingänge bzw.
Eingangsparameter 121 dem zweiten Teilsystem 120 bereitgestellt. In einer zweiten Kopplung 102 wird beispielsweise der zweite Ausgangsparameter des zweiten Teilsystems 120 als dritter Eingangsparameter 131 in dem dritten Teilsystem 130 bereitgestellt.
Ferner kann ein Teilsystem beispielsweise auch mehrere Eingangsparameter 121 aufweisen, welche aus unterschiedlichen Teilmodellen 110, 130 bezogen werden . Im vorliegenden Beispiel wird beispielsweise ein Dritter
Ausgangsparameter 132 an einer dritten Kopplung 103 als zweiter
Eingangsparameter 121 dem zweiten Teilsystem 120 bereitgestellt. Gleichzeitig wird über die erste Kopplung 101 der erste Ausgangsparameter 112 als weiterer zweiter Eingangsparameter 121 dem Teilsystem 120 bereitgestellt. Daraus wird klar, dass sich die Teilsysteme 120, 130 gegenseitig beeinflussen, wobei durch eine verbesserte Konfiguration der Kopplungen 101 , 102, 103 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Co-Simulation des
Gesamtsystems 100 verbessert werden kann . Fig. 2 zeigt in Zusammenschau mit der Co-Simulation aus Fig . 1 ein
beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem Start 200 werden zunächst Teilsysteminformationen 201 bestimmt. Dabei werden erste Teilsysteminformationen (z. B. direkter Durchgriff, Ein-Ausgangsdynamiken, Momentanfrequenz, Simulationszeiten) des ersten Teilsystems 110 und zweite Teilsysteminformationen des zweiten Teilsystems 120 bestimmt.
Diese Teilsysteminformationen 201 werden in einem initialen Schritt aus einer Datenbank oder über Vorgabe des Anwenders zur Konfiguration
herangezogen . Bei nachfolgendem, wiederholtem Durchführen des Verfahrens, können die Teilsysteminformationen, welche in vorherigen Durchläufen des Verfahrens bestimmt wurden, herangezogen werden .
Ferner wird ein Verbindungsnetzwerk 202 bestimmt, welches das erste
Teilsystem 110 und das zweite Teilsystem 120 (oder eine Vielzahl weiterer Teilsysteme) an Kopplungen 101, 102, 103 koppelt und bestimmt, welcher der ersten und zweiten Parameterausgänge 112, 122 als Koppelgröße für die entsprechenden ersten und zweiten Parametereingängen 111 , 121 bestimmt sind .
Anschließend wird eine Ausführungsreihenfolge 203 selektiert, mittels welcher bestimmt wird, in welcher Reihenfolge zueinander der erste Parameterausgang 112 und der zweite Parameterausgang 122 bestimmt werden uns somit festlegt, welche ersten und/oder zweiten Parametereingänge 121, 131 zum Lösen des Kausalitätsproblems extrapoliert werden müssen .
Anschließend werden Extrapolationsverfahren 204 bestimmt, mittels welcher die ersten und zweiten Parametereingänge 112, 122 während einer MakroSchrittweite (und zwischen den Koppelzeitpunkten) bestimmbar sind .
Ferner wird eine Makro-Schrittweite 205, welche Koppelzeitpunkte vorgibt, an welchen ein Austausch der entsprechenden ersten und zweiten
Eingangsparameter 111, 121 und die ersten und zweiten Ausgangsparameter 112, 122 zwischen den ersten und zweiten Teilsystemen 110, 120
durchgeführt wird .
Abschließend wird die Kopplung 101, 102, 103 des ersten und zweiten
Teilsystems 110, 120 konfiguriert basierend auf dem Verbindungsnetzwerk (202), der ersten Teilsysteminformationen und zweiten
Teilsysteminformationen, der Ausführungsreihenfolge (203), dem
Extrapolationsverfahren (204), der Makro-Schrittweite (205), und die Co- Simulation über den Marko-Zeitschritt durchgeführt.
Nach Start 200 der Co-Simulation werden zur Verfügung stehende
Informationen (z. B. Teilsysteminformationen 201) ausgewertet. Für
Informationen, welche während der Co-Simulation erst zur Verfügung stehen, werden z. B. Default- Werte verwendet oder in der Konfiguration nicht berücksichtigt. Durch Überlagerung der zur Verfügung stehender
Informationen kann daraus z. B. die Ausführungsreihenfolge 203 festgelegt werden . Auf dieser Basis und der zur Verfügung stehenden Informationen werden anschließend, in einem weiteren Schritt, geeignete
Extrapolationsverfahren 204 bestimmt. In einem nächsten Schritt werden geeignete Makro-Schrittweiten 205 gewählt, sodass weiterführend die
Konfiguration 206 der Co-Simulation für einen anstehenden Makro-Zeitschritt in der Co-Simulation feststeht. Nach diesem Simulationsschritt 207, d . h . beim nächsten Koppelzeitpunkt, erfolgt eine Teilsystemanalyse 208 und ein updaten der bislang gesammelten Teilsysteminformationen 201. Ist nach dem
Simulationsschritt das Ende der Co-Simulation nicht erreicht (t < tend), so wiederholt sich dieser Prozess mit jedem Simulationsschritt bis zum Erreichen des Endes (t = tend) der Co-Simulation .
Fig. 3 beschreibt eine mögliche technische Umsetzung des Verfahrens zur automatisierten Konfiguration während (t < tend) der Co-Simulation . Zwei Teilsysteme 110, 120 sind über eine Kopplung 101 zu einer Co-Simulation verbunden . Nach einer aktuell abgeschlossenen Konfiguration 206 und z. B. somit berechneten Makro-Zeitschritt erfolgt ein nächster Simulationsschritt 207 und eine erneute Teilsystemanalyse 208. In diesem Schritt werden die Teilsysteme 110, 120, 130 anhand der Koppeldaten (der Eingangsparameter 111, 121, 131 und Ausgangsparameter 112, 122, 132) analysiert und relevante Informationen, wie zum Beispiel ein direkter Durchgriff 302, eine Ein-/Ausgangsdynamik 304, einem Momentanfrequenz 305 und/oder
Simulationszeiten 303 zur Konfiguration extrahiert bzw. bestimmt. Aus dieser Datenbasis und gemeinsam mit weiteren verfügbaren Informationen, wie zum Beispiel dem Verbindungsnetzwerk 202 und den individuellen
Lösungsalgorithmen 301 ( 114, 124, 134) der entsprechenden Teilsysteme 110, 120, 130 erfolgt die Selektion der Ausführungsreihenfolge 203, die Wahl der Extrapolationsverfahren 204 und die Wahl der Makro-Zeitschrittweiten 205. In einem weiteren Schritt 206 wird die Co-Simulation mit diesen
Einstellungen konfiguriert (206) . Anschließend wird z. B. der Makro-Zeitschritt gerechnet (207) und der Prozess wiederholt sich bis zum Ende (t = tend) der Co-Simulation.
Weiter beschreibt Fig . 3 eine mögliche Umsetzung zum Abspeichern der Informationen, welche als Datenbasis für eine automatisierte Konfiguration der Co-Simulation dienen . Zur automatisierten Konfiguration einer Co-Simulation werden die verfügbaren Daten beispielhaft in unterschiedlichen Matrizen (z. B. 202, 301, 302, 303, 304, 305) gespeichert. Beispielhaft beschreiben
unterschiedlichen Matrizen die Verbindung der Ein- und Ausgänge aller involvierten Teilsysteme 110, 120, 130 bzw. das Verbindungsnetzwerk 202, vorhandene„direkte Durchgriffe" 302 der Teilsysteme 110, 120, 130, Ein- /Ausgangsdynamiken 304 der Teilsysteme 110, 120, 130, die
Momentanfrequenzen 305 der Koppelsignale (zum Beispiel in Kopplungen 101, 102, 103), falls verfügbar unterlagerte Lösungsalgorithmen 301 und/oder auch die aktuellen Simulationszeiten 303 der individuellen Teilsysteme 110, 120, 130. Diese Informationen werden zur Laufzeit und/oder im Anschluss der Simulation extrahiert.
In den Matrizen bilden beispielsweise die Spalten die Parametereingänge der Teilsysteme 110, 120, 130 und die Zeilen die Parameterausgänge der
Teilsysteme 110, 120, 130.
Das vorgeschlagene Verfahren analysiert lokale (z. B. Teilsystemanalyse) und globale (z.B. Verbindungsnetzwerk) Informationen und nutzt diese zur globalen Konfiguration der Co-Simulation.
Fig. 4 zeigt eine Extrapolation zwischen zwei Koppelzeitpunkten. Bei der nicht-iterativen Co-Simulation werden die involvierten Teilsysteme 110, 120, 130 exakt einmal über jeden definierten Makro-Zeitschritt gelöst. Die
Ausführungsreihenfolge 203, die Art der Extrapolation 204 und die Wahl der Makro-Zeitschrittweite 205 müssen vor der Berechnung, zum Koppelzeitpunkt, festgelegt werden. Treten während diesem Makro-Zeitschritt z. B. ein diskretes Ereignis oder eine hohe Systemdynamiken auf, so wurde die Co- Simulation für diesen Schritt nicht entsprechend dem Systemverhalten konfiguriert. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 4 graphisch dargestellt. Fig . 4 zeigt ein Koppelsignal 401, welches zu den Mikro-Zeitschritten des
Lösungsalgorithmus 114, 124, 134 des Teilsystems 110, 120, 130 definiert ist. Zum Koppelzeitpunkt 402 wird das Koppelsignal 401 über den zu berechnenden Marko-Zeitschritt bis zum nächsten Koppelzeitpunkt 403 über Extrapolation 1. Ordnung 404 extrapoliert. Für die Extrapolation werden die letzten beiden Werte aus der Historie des Koppelsignals 401 vor dem
Koppelzeitpunkt 402 verwendet. Während der Berechnung des Makro- Zeitschrittes tritt nun ein Ereignis 405 zum Zeitpunkt te in einem Teilsystem 110, 120, 130 auf, was zu einer starken Änderung des Koppelsignals 401 zum Zeitpunkt des Ereignisses 405 führt und somit auch zu einer großen
Abweichung des Koppelsignals 401 zum extrapolierten Verlauf 404. Ein
Wiederholen der Simulation über diesen Makro-Zeitschritt ist zwar denkbar, praktisch aber nicht dienlich, da z. B. gängige Simulationstools meist keine Möglichkeit bieten Teilsystemsimulationen auf einen vorherigen
Koppelzeitpunkt rückzusetzen . Um trotzdem eine zweckmäßige Konfiguration zu gewährleisten wird eine Erweiterung der automatischen Konfiguration gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt.
Eine automatische Konfiguration der Co-Simulation kann u . U . durch den nichtiterativen Charakter in ihrer Effektivität beschränkt werden . Aus diesem Grund wird hier als Erweiterung des Verfahrens eine wiederholte Co-Simulation derselben Co-Simulation vorgeschlagen, in welcher Wissen aus
vorhergehenden Simulationsläufen genutzt wird und entsprechend
(automatisiert) Konfigurationen der Ausführungsreihenfolge 203, der Art der Extrapolation 204 und der Wahl der Makro-Zeitschrittweite 205 vorgenommen werden . Jene Stellen, wo Handlungsbedarf in der Konfiguration besteht, sind bereits aus der Historie der Teilsystemanalysen 208 bekannt und werden entsprechend den oben beschriebenen Richtlinien zur automatisierten
Konfiguration für den nachfolgenden Co-Simulationslauf adressiert. In Fig . 2 ist diese Erweiterung durch eine zusätzliche Abfrage 210 festgehalten . Ist in der Abfrage 210 die Bedingung„#_Bedingung" erfüllt, so werden basierend auf den verfügbaren Koppelsignalen und auch, aus Teilsystemanalysen 208, generierten Teilsysteminformationen nach dem Co-Simulationsende (t = tend) wiederum Konfigurationen automatisiert getätigt. Bedingung„#_Bedingung" ist erfüllt falls, der Anwender diese Funktion aktiviert UND eine maximale Anzahl an Iterationen nicht erreicht ist ODER eine bestimmte Qualität der Co- Simulation erreicht ist (logisch UND vor logisch ODER).
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass "umfassend" keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und "eine" oder "ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben
beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Bezugszeichenliste :
100 Gesamtsystem
110 erste Teilsystem
111 erster Eingangsparameter
112 erster Ausgangsparameter
113 erstes Simulationswerkzeug (Tool 1)
114 erster Lösungsalgorithmus (Solver 1) 120 zweite Teilsystem
121 zweiter Eingangsparameter
122 zweiter Ausgangsparameter
123 zweites Simulationswerkzeug (Tool 2)
124 zweites Lösungsalgorithmus (Solver 2)
130 dritte Teilsystem
131 dritter Eingangsparameter
132 dritter Ausgangsparameter
133 drittes Simulationswerkzeug (Tool 3) 134 dritter Lösungsalgorithmus (Solver 3)
101 erste Kopplung
102 zweite Kopplung
103 dritte Kopplung
200 Start
201 Bestimmen Teilsysteminformationen
202 Bestimmen Verbindungsnetzwerk
203 Selektion eine Ausführungsreihenfolge 204 Bestimmen eines Extrapolationsverfahrens
205 Bestimmen einer Makroschrittweite 206 Konfiguration der Co-Simulation
207 Nächster Simulationsschritt
208 Analyse
209 Entscheidung erneuter Durchlauf
210 Entscheidung Ende
211 Ende
301 Bestimmen von Lösungsalgorithmen 302 Bestimmen des direktem Durchgriffs
303 Bestimmen der Simulationszeiten
304 Bestimmen der Ein-/Ausgangsdynamiken
305 Bestimmen der momentan Frequenz 401 Koppelsignal
402 Koppelzeitpunkt
403 Koppelzeitpunkt
404 Extrapolation 1. Ordnung
405 Ereignis

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Konfigurieren einer Co-Simulation für ein Gesamtsystem (100) mit zumindest einem ersten Teilsystem (110) und einem zweiten Teilsystem (120),
wobei das erste Teilsystem (110) zumindest einen ersten Parametereingang (111) und zumindest einen ersten Parameterausgang (112) aufweist, wobei basierend auf dem ersten Parametereingang (111) mittels eines ersten Lösungsalgorithmus ( 124) der erste Parameterausgang (112) bestimmbar ist, und
wobei das zweite Teilsystem (120) zumindest einen zweiten Parametereingang (121) und zumindest einen zweiten Parameterausgang (122) aufweist, wobei basierend auf dem zweiten Parametereingang (121) mittels eines zweiten Lösungsalgorithmus (124) der zweite Parameterausgang (122) bestimmbar ist,
wobei das Verfahren aufweist
Bestimmen eines Verbindungsnetzwerks (202), welches das erste Teilsystem (110) und das zweite Teilsystem (120) an einer Kopplung (101, 102, 103) koppelt und bestimmt, welcher der ersten und zweiten
Parameterausgänge (112, 122) als Koppelgröße für die entsprechenden ersten und zweiten Parametereingängen (111, 112) bestimmt sind,
Bestimmen (201) von ersten Teilsysteminformationen des ersten Teilsystems (110) und zweiten Teilsysteminformationen des zweiten
Teilsystems (120),
Selektion einer Ausführungsreihenfolge (203), mittels welcher bestimmt wird, in welcher Reihenfolge zueinander der erste Parameterausgang (112) und der zweite Parameterausgang (122) bestimmt werden und somit festlegt, welche ersten und/oder zweiten Parametereingänge extrapoliert werden müssen, Bestimmen von Extrapolationsverfahren (204), mittels welchen die ersten und zweiten Parametereingänge ( 111, 121) während einer MakroSchrittweite bestimmbar sind,
Bestimmen einer Makro-Schrittweite (205), welche Koppelzeitpunkte vorgibt, an welchen ein Austausch der entsprechenden ersten und zweiten Eingangsparameter ( 111, 121) und der ersten und zweiten
Ausgangsparameter (112, 122) zwischen den ersten und zweiten Teilsystemen ( 110, 120) durchgeführt wird,
Konfigurieren (206) der Kopplung ( 101, 102, 103) des ersten und zweiten Teilsystems ( 110, 120) basierend auf dem Verbindungsnetzwerk (202), der ersten Teilsysteminformationen und zweiten
Teilsysteminformationen, der Ausführungsreihenfolge (203), und dem
Extrapolationsverfahren (204) und der Makro-Schrittweite (205) und
Durchführen der Co-Simulation während dem Makro-Zeitschritt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
wobei nach einem Makro-Zeitschritt die Co-Simulation beendet wird oder die Co-Simulation erneut durchgeführt wird .
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2,
wobei nach einem Makro-Zeitschritt (207) zum Koppelzeitpunkt eine
Teilsystemanalyse (208) durchgeführt wird und basierend auf den
Teilsysteminformationen (201) des ersten und/oder zweiten Teilsystems ( 110, 120), dem Verbindungsnetzwerk (202), die Ausführungsreihenfolge (203), die Extrapolationsverfahren (204) und/oder die Makro-Schrittweite (205) angepasst werden .
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die Teilsysteminformationen (201) die Ein-Ausgangsdynamiken (304) der Teilsysteme ( 110, 120, 130) zwischen ersten Eingangsparameter ( 111) und ersten Ausgangsparameter ( 112) des ersten Teilsystems ( 110), zwischen zweiten Eingangsparameter ( 121) und zweiten Ausgangsparameter ( 122) des zweiten Teilsystems ( 120) und zwischen dritten Eingangsparameter ( 131) und dritten Ausgangsparameter ( 132) des dritten Teilsystems ( 130) aufweisen .
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die Teilsysteminformationen (201) eine Simulationszeit (303) des ersten Teilsystems ( 101) und/oder des zweiten Teilsystems ( 102) aufweisen .
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die Teilsysteminformationen (201) eine Momentanfrequenz (305) der ersten und/oder zweiten Eingangsparameter ( 111, 121) und/oder der ersten und/oder zweiten Ausgangsparameter ( 112, 122) aufweisen .
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei die Teilsysteminformationen (201) direkten Durchgriff (302) der ersten und/oder zweiten Eingangsparameter ( 111, 121) auf die ersten und/oder zweiten Ausgangsparameter ( 112, 122) der Teilsysteme ( 110, 120, 130) aufweisen .
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei die Teilsysteminformationen (201) eine Berechnungszeit der ersten und/oder zweiten Teilsysteme ( 110, 120, 130) aufweisen, so dass mittels in Bezug stellen der von den Teilsystemen ( 110, 120, 130) benötigten
Berechnungszeit mit den jeweiligen Makro-Zeitschritten (205) der Teilsysteme (110, 120, 130) zu den jeweiligen Koppelzeitpunkten Anpassungen im zeitlichen Verhalten für die Durchführung der Co-Simulation in Echtzeit durchgeführt werden .
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei die Teilsysteminformationen (201) eine Analyse von Koppelereignissen der ersten und/oder zweiten Eingangsparameter ( 111, 121) und/oder der ersten und/oder zweiten Ausgangsparameter ( 112, 122) der Teilsysteme ( 110, 120, 130) aufweist.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9,
wobei der Schritt des Bestimmens der Makro-Schrittweite (205) aufweist
Bestimmen einer ersten Makro-Schrittweite des ersten Teilsystems
( 110),
wobei die erste Makro-Schrittweite erste Koppelzeitpunkte vorgibt, an welchen jeweils der erste Ausgangsparameter ( 112) bestimmbar ist,
Bestimmen einer zweiten Makro-Schrittweite des zweiten Teilsystems
( 120),
wobei die zweite Makro-Schrittweite zweite Koppelzeitpunkte vorgibt, an welchen jeweils der zweite Ausgangsparameter ( 122) bestimmbar ist.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10,
wobei der Schritt des Bestimmens der Extrapolationsverfahren (204) aufweist Bestimmen von ersten Extrapolationsverfahren des ersten Teilsystems
( 110) , mittels welchen die ersten Parametereingänge ( 112) während der ersten Makro-Schrittweite bestimmbar sind,
Bestimmen von zweiten Extrapolationsverfahren des zweiten
Teilsystems ( 120), mittels welchen die zweiten Parametereingänge ( 121) während der zweiten Makro-Schrittweite bestimmbar sind .
12. Vorrichtung zum Konfigurieren einer Co-Simulation für ein
Gesamtsystem ( 100) mit zumindest einem ersten Teilsystem ( 110) und einem zweiten Teilsystem ( 120),
wobei das erste Teilsystem ( 110) zumindest einen ersten Parametereingang
( 111) und zumindest einen ersten Parameterausgang (112) aufweist, wobei basierend auf dem ersten Parametereingang ( 111) mittels eines ersten Lösungsalgorithmus ( 124) der erste Parameterausgang ( 112) bestimmbar ist, und wobei das zweite Teilsystem ( 120) zumindest einen zweiten Parametereingang ( 121) und zumindest einen zweiten Parameterausgang ( 122) aufweist, wobei basierend auf dem zweiten Parametereingang ( 122) mittels eines zweiten Lösungsalgorithmus ( 124) der zweite Parameterausgang ( 122) bestimmbar ist,
wobei die Vorrichtung aufweist
eine Verbindungseinheit zum Bestimmen eines Verbindungsnetzwerks (202), welches das erste Teilsystem ( 110) und das zweite Teilsystem ( 120) an einer Kopplung ( 101, 102, 103) koppelt und bestimmt, welcher der ersten und zweiten Parameterausgänge ( 112, 122) als Koppelgröße für die
entsprechenden ersten und zweiten Parametereingängen ( 111, 121) bestimmt sind,
eine Bestimmungseinheit von ersten Teilsysteminformationen des ersten Teilsystems ( 110) und zweiten Teilsysteminformationen des zweiten
Teilsystems ( 120),
eine Selektionseinheit zur Selektion einer Ausführungsreihenfolge (203), mittels welcher bestimmt wird, in welcher Reihenfolge zueinander der erste Parameterausgang ( 112) und der zweite Parameterausgang ( 122) bestimmt werden,
eine Extrapolationseinheit zum Bestimmen von Extrapolationsverfahren
(204), mittels welchen die ersten und zweiten Parametereingänge ( 111, 122) während einer Makro-Schrittweite individuell bestimmbar sind,
eine Schrittweiteneinheit zum Bestimmen einer Makro-Schrittweite, welche Koppelzeitpunkte vorgibt, an welchen eine Austausch der
entsprechenden ersten und zweiten Eingangsparameter ( 111, 121) und die ersten und zweiten Ausgangsparameter ( 112, 122) zwischen den ersten und zweiten Teilsystemen (110, 120) durchgeführt wird,
ein Konfigurator zum Konfigurieren der Kopplung des ersten und zweiten Teilsystems ( 110, 120) basierend auf dem Verbindungsnetzwerk (202), der ersten Teilsysteminformationen und zweiten
Teilsysteminformationen, der Ausführungsreihenfolge (203), der Extrapolationsverfahren (204), der Makro-Schrittweiten (205) und zum
Durchführen der Co-Simulation während der Makro-Schrittweite.
13. Computerlesbares Speichermedium, in dem ein Programm zum
Konfigurieren einer Co-Simulation für ein Gesamtsystem (100) gespeichert ist, welches Programm, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, das
Verfahren nach Anspruch 1 ausführt oder steuert.
14. Programm-Element zum Konfigurieren einer Co-Simulation für ein
Gesamtsystem (100), welches Programm-Element, wenn es von einem
Prozessor ausgeführt wird, das Verfahren nach Anspruch 1 ausführt oder steuert.
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