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Dokumentenidentifikation DE69305814T2 20.03.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0586281
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Testen in Echtzeit mit Umgebungssimulation durch aufeinanderfolgende Schritte
Anmelder Sextant Avionique, Meudon la Foret, FR
Erfinder Boue, Philippe, F-78670 Vilennes, FR
Vertreter Patentanwälte Dr. Solf & Zapf, 81543 München
DE-Aktenzeichen 69305814
Vertragsstaaten DE, GB
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 20.08.1993
EP-Aktenzeichen 934020819
EP-Offenlegungsdatum 09.03.1994
EP date of grant 06.11.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.03.1997
IPC-Hauptklasse G01L 5/28
IPC-Nebenklasse G01M 19/00   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Test einer Vorrichtung oder eines Teils von ihr durch Simulierung ihres Umfelds in Echtzeit mit Hilfe von Informatikmitteln reduzierter Leistung.

Sie bezieht sich insbesondere auf den Test von initialisierbaren Vorrichtungen, deren Verhalten genau bestimmt und wiederholbar ist. Solche Vorrichtungen verwenden eine oder mehrere Regelschleifen, wie zum Beispiel bei einer Antirutsch-Vorrichtung, die auf die Bremsen der Räder eines Fahrzeugs montiert ist, wie in der Druckschrift EP-A-0 336 572.

Solche Tests haben zum Ziel, den Betrieb der Vorrichtung zu kontrollieren. Hierzu scheint der Test in Echtzeit der klarste und wirksamste zu sein. Er ist jedoch oft teuer und schwierig durchzuführen. Es wurde also versucht, die zu testende Vorrichtung in einen Zustand zu bringen, der dem tatsächlichen Betrieb so ähnlich wie möglich ist, indem ihr Umfeld durch einen Simulator ersetzt wird.

Die Simulation der Aktionen und Reaktionen eines Umfelds erfordert jedoch im allgemeinen viele Rechenvorgänge. Damit diese Simulation in Echtzeit durchgeführt werden kann, müssen die Ergebnisse dieser Berechnungen sehr schnell verfügbar sein, und somit sind leistungsfähige Informatikmittel notwendig. Wenn die Reaktionszeit der zu testenden Vorrichtung sehr kurz ist, kann diese Simulation nicht durchgeführt werden, da die erforderliche Leistung die Kapazität der leistungsfähigsten derzeit verfügbaren Rechenmittel übersteigt.

Dieser einfache Ersatz des Umfelds trifft also an seine Grenzen, wenn es eine gewisse Komplexität aufweist und sich schnell entwickelt.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, dieses Problem zu lösen, indem sie fähig ist, ein beliebiges Umfeld mit Hilfe von Informatikmitteln zu simulieren, die eine reduzierte Rechenleistung aufweisen, ohne Bezug auf die Komplexität und die Geschwindigkeit der Entwicklung des zu simulierenden Umfelds.

Sie schlägt zu diesem Zweck ein Verfahren zum Test einer mit einem Umfeld interaktiven Vorrichtung oder eines Teils von ihr in Echtzeit vor, wobei das Verfahren einen Simulator verwendet, der Informatikmittel benutzt, um das Umfeld der Vorrichtung zu simulieren.

Erfindungsgemäß ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere aufeinanderfolgende Schritte aufweist, denen je eine Initialisierung und eine Stabilisierung der Vorrichtung vorausgehen und auf die je die Berechnung und die Speicherung der Aktion des Umfelds ausgehend vom letzten Wert der Reaktion der Vorrichtung folgen, wobei der erste Schritt die folgenden Operationen enthält, die vom Simulator durchgeführt werden:

- das Anlegen einer ersten Aktion des Umfelds an die Vorrichtung während einer bestimmten Dauer; und

- die Erfassung der Reaktion der Vorrichtung auf die erste Aktion des Umfelds;

wobei jeder der folgenden Schritte enthält:

- das aufeinanderfolgende Anlegen der ersten und dann jeder der weiteren nach den vorhergehenden Schritten gespeicherten Aktionen des Umfelds an die Vorrichtung, wobei jede der Aktionen während der Dauer angelegt wird, und

- die Erfassung des letzten Werts der Reaktion der Vorrichtung auf die letzte Aktion des Umfelds.

Aufgrund dieser Besonderheit wird die Simulation des Umfelds der Vorrichtung in aufeinanderfolgenden Schritten mit Hilfe der Ergebnisse der Berechnungen erhalten, die vom Simulator während der vorhergehenden Schritte durchgeführt und gespeichert wurden. Dieses Verfahren ermöglicht es, die Simulationsberechnungen aus den eigentlichen Testperioden hinaus zu versetzen, und es ist gleichzeitig fähig, die Vorrichtung in Echtzeit in einem simulierten Umfeld arbeiten zu lassen. Die Leistung der für diese Simulation verfügbaren Rechenmittel wird dann nicht mehr in Höhe des Echtzeittests, sondern nur in Höhe der Simulationsberechnungen wirksam.

Die einzige praktische Begrenzung dieses Verfahrens liegt somit in der Dauer des Wiederaufbaus des Echtzeitbetriebs der Vorrichtung in ihrem Umfeld, die im wesentlichen gleich der Summe der Simulations-Berechnungszeiten ist und somit von der Komplexität des zu simulierenden Umfelds abhängt.

Damit der so wiederhergestellte Betrieb der Vorrichtung für ihren Echtzeitbetrieb repräsentativ ist, ist es notwendig, daß die Dauer des Anlegens einer Aktion des Umfelds kürzer ist als die Reaktionszeit der Vorrichtung, insbesondere, um Synchronisationsprobleme zu vermeiden (Shannon-Theorem).

Vorzugsweise wird dieses Verfahren bei einer Monoprozessor-Maschine mit einem Echtzeit-Auswertungssystem im Mehrprozeßbetrieb verwendet.

Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung wird das Verfahren von zwei Prozessoren angewandt, wobei der erste die Simulationsberechnungen und der zweite den Test durchführt, d.h. die Initialisierung der Vorrichtung, das Anlegen der gespeicherten Aktionen des Umfelds an die Vorrichtung und die Erfassung der Reaktionen der Vorrichtung.

Diese Verteilung der Verarbeitungen ermöglicht es, alle in Echtzeit durchzuführenden Operationen zusammenzufassen, d.h. die Testoperationen in einem einzigen Prozessor.

Das Verfahren ist ebenfalls anwendbar, wenn die zu testende Vorrichtung und ihr Umfeld nicht nur interaktiv sind, sondern auch auf äußere Störungen reagieren. In diesem Fall müssen die diesen Störungen zugeordneten Signale in Form yön Tastproben angelegt werden, die durch ihre Tastung erhalten werden, deren Periode der erwähnten Dauer entspricht. Diese Tastproben werden dann gleichzeitig mit den Aktionen des Umfelds und den Reaktionen der Vorrichtung angelegt.

Um den guten Ablauf des Tests in Echtzeit zu überprüfen, werden natürlich alle am Ausgang der zu testenden Vorrichtung erhaltenen Werte in Tabellen gespeichert, wie auch alle Werte, die vom Simulator berechnet werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung als nicht einschränkend zu verstehendes Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 2 zeigt ein Steuerungsdiagramm, das die Aktivitätsperioden der von dem Verfahren verwendeten Hauptfunktionen angibt.

Figur 3 zeigt schematisch die Anwendung des Verfahrens.

Figur 4 zeigt ein Beispiel der Architektur der vom Verfahren verwendeten Informatikmittel.

Figur 1 zeigt schematisch eine zu testende Vorrichtung (1) und einen Simulator (2) ihres Umfelds. Die Vorrichtung (1) ist zum Beispiel eine Antirutschvorrichtung, die auf die Bremsen der Räder eines Fahrzeugs montiert ist. Eine solche Vorrichtung soll die Wirksamkeit des Bremsvorgangs verbessern, indem sie die Blockierung und somit das Rutschen der Räder vermeidet.

Das simulierte Umfeld einer solchen Vorrichtung (1) besteht aus einem Rad (6), an dem eine Meßsonde (8) die Drehgeschwindigkeit des Rades mißt und auf das die Bremse (7) sich auflegt. Die Antirutschvorrichtung (1) empfängt die Messung der Drehgeschwindigkeit des Rads (6) über die Verbindung (4) und liefert über die Verbindung (3) einen auf die Bremse (7) auszuübenden Druck. Der auf das Bremspedal ausgeubte Druck wird über die Verbindung (5) auf die Bremse (7) übertragen.

Der Test dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) läuft in aufeinanderfolgenden Schritten ab, die durch das Zeitdiagramm der Figur 2 illustriert werden, in dem jede der von 1 bis 5 numerierten Rechteckkurven im oberen Zustand die Aktivitätsperioden einer vom Verfahren verwendeten Funktion anzeigen:

- die Kurve 1 gibt die Initialisierungs- und die Stabilisierungsperiode der Vorrichtung (1) an,

- die Kurve 2 gibt die Testperioden der Vorrichtung (1) an,

- die Kurve 3 gibt die Zeitpunkte an, in denen die Eingangswerte an die Vorrichtung (1) angelegt werden,

- die Kurve 4 gibt die Zeitpunkte an, in denen der Simulator (2) Werte am Ausgang der Vorrichtung (1) erfaßt, und

- die Kurve 5 gibt die Perioden an, in denen der Simulator (2) die Simulationsberechnung des folgenden Werts am Eingang der Vorrichtung durchführt.

Die Vorrichtung (1) und der Simulator (2) werden zuerst initialisiert und in einen stabilen Zustand gebracht.

Zum Zeitpunkt t&sub0; wird die Vorrichtung (1) erneut initialisiert und in einen stabilen Zustand gebracht (Kurve 1). ZU diesem Zeitpunkt empfängt der Simulator über die Verbindung (5) den Bremsbefehl in Form eines Drucks, der auf das Bremspedal ausgeübt wird. Dieser Befehl löst die Berechnung der Drehgeschwindigkeit E&sub1; des Rads (6) (Kurve 5) in Abhängigkeit vom Wert S&sub0; am Ausgang der Vorrichtung (1) (Kurve 4) und einer bestimmten Anzahl von Testparametern aus, wie z.B. der vom Fahrer auf das Bremspedal ausgeübte Druck, der Haftkoeffizient jedes Reifens auf der Straße, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und sein Einschlagwinkel.

Der erhaltene Wert E&sub1; der Drehgeschwindigkeit wird gespeichert und dann an die Vorrichtung (1) zum Zeitpunkt t&sub1; (Kurve 3) während eines Zeitintervalls dt angelegt. Während dieses Intervalls dt, entwickelt sich die Vorrichtung (1) in Echtzeit (Kurve 2) und liefert einen Bremsdruck S&sub1; an den Simulator (2).

Zum Zeitpunkt t&sub1;+dt erfaßt der Simulator (2) diesen Druckwert S&sub1; (Kurve 4) und löst die Berechnung der neuen Drehgeschwindigkeit des Rads (6) in Abhängigkeit von den Testparametern und insbesondere dem Druck aus, der vom Fahrer auf das Bremspedal zum Zeitpunkt dt nach dem Start des Tests ausgeübt wird (Kurve 5). Während der Dauer dieser Berechnung wird der Test angehalten und die Vorrichtung wird initialisiert und von neuem in den vorhergehenden stabilen Zustand gebracht (Kurve 1).

Nach dieser Berechnung wird der erhaltene Wert E&sub2; der Drehgeschwindigkeit vom Simulator (2) gespeichert. Der Test wird dann zum Zeitpunkt t&sub2; wieder wie vorher gestartet: der gespeicherte Wert E&sub1; wird von neuem an die Vorrichtung (1) während des Zeitintervalls dt angelegt. Aber zum Zeitpunkt t&sub2;+dt legt der Simulator (2) an die Vorrichtung (1) den neuen Wert E&sub2; der Drehgeschwindigkeit an (Kurve 3).

Zum Zeitpunkt t&sub2;+2dt erfaßt der Simulator (2) den Druckwert S&sub2;, der von der Vorrichtung (1) (Kurve 4) geliefert wird, hält den Test an, aktiviert die Initialisierung der Vorrichtung (Kurve 1) wie vorher und beginnt dann die Berechnung des neuen Werts E&sub3; der Drehgeschwindigkeit des Rads (6) in Abhängigkeit von diesem letzten erfaßten Druckwert S&sub2; und dem vom Fahrer auf das Bremspedal zum Zeitpunkt 2dt nach dem Start des Tests ausgeübten Druck (Kurve 5).

Der so erhaltene Wert E&sub3; der Drehgeschwindigkeit wird gespeichert und der Test der Vorrichtung (1) wird zum Zeitpunkt t&sub3; ausgehend von ihrem Ursprungszustand wie vorher neu gestartet.

Dieses Mal verläuft der Test über eine Dauer von 3dt (Kurve 2), indem je am Anfang jedes Zwischenzeitintervalls dt die Werte E&sub1;, E&sub2; und E&sub3; der Drehgeschwindigkeiten, die nach den vorhergehenden Testschritten berechnet wurden, angelegt werden (Kurve 3).

Zum Zeitpunkt t&sub3;+3dt erfaßt der Simulator (2) den Druckwert S&sub3;, der von der Vorrichtung (1) (Kurve 4) geliefert wird, hält den Test an, aktiviert die Initialisierung der Vorrichtung (Kurve 1) und beginnt dann mit der Berechnung des neuen Werts E&sub4; der Drehgeschwindigkeit des Rads (6) in Abhängigkeit von diesem letzten erfaßten Druckwert S&sub3; und dem Druck, der vom Fahrer auf das Bremspedal zum Zeitpunkt 3dt nach dem Start des Tests ausgeübt wird (Kurve 5).

Beim letzten in Figur 2 gezeigten Schritt erfolgt der Test über n Zeitintervalle dt (Kurve 3), vor denen die vorher berechneten Werte E&sub1;, E&sub2;, ... En am Eingang angelegt werden (Kurve 3). Am Ende des letzten Zeitintervalls dt wird der von der Vorrichtung (1) gelieferte Wert Sn des Bremsdrucks erfaßt (Kurve 4), um eine neue Berechnung der Drehgeschwindigkeit En+1 des Rads (6) auszulösen (Kurve 5).

Der Test gemäß dem Verfahren läuft so in aufeinanderfolgenden Schritten immer ausgehend von dem gleichen Ursprungszustand ab, wobei jeder Schritt den Test um eine Dauer dt vorwärtsrücken läßt. Auf diese Weise wird der Betrieb der Vorrichtung (1) Intervall für Intervall wiederhergestellt, bis die Dauer des Tests ausreichend lang ist, um signifikante Ergebnisse zu liefern.

Es ist anzumerken, daß während der Ablaufphasen des Tests der Simulator (2) keine Berechnung durchführt, sondern nur zu Beginn jedes Zeitintervalls dt die gespeicherten Werte an die Vorrichtung schickt.

Die Dauer der Berechnungen beeinflußt also nur die Dauer der Wiederherstellung des Betriebs der Vorrichtung und nicht die Durchführbarkeit des Tests in Echtzeit.

So ist die notwendige Rechenleistung vernachlässigbar in Bezug auf die bekannten Testmethoden, bei denen die Berechnungen während des Zeitintervalls dt durchgeführt werden müssen.

Damit der so erhaltene Betrieb der Vorrichtung (1) für ihren Betrieb in Echtzeit repräsentativ ist, ist es notwendig; daß der Zeitintervall dt kürzer ist als die Reaktionszeit der zu testenden Vorrichtung (1), insbesondere, um die Probleme der Synchronisation zu vermeiden.

In einem allgemeineren Fall (Figur 3) reagiert die zu testende Vorrichtung (9) einerseits auf eine Einheit von Störungen PF und andererseits auf die Aktionen AEF ihres Umfelds, die je über Verbindungen (14) bzw. (15) erhalten werden. Am Ausgang der Vorrichtung (9) befinden sich ihre Reaktionen AFE gegenüber ihrem Umfeld, die auf der Verbindung (17) übertragen werden, und andere Werte SF, die auf der Verbindung (16) übertragen werden.

Alle Werte AEF und PF am Eingang und AFE und SF am Ausgang der Vorrichtung (9) werden in Tabellen (24) bzw. (25) gespeichert.

Die Tabellen (24) der Werte AEF und PF am Eingang werden von einem Generator (13) gelesen, der sie zur Vorrichtung (9) sendet. Andererseits werden die Tabellen (25) der Werte AFE und SF am Ausgang von einer Erfassungsvorrichtung (12) erfaßt, die sie in den Tabellen (25) speichert.

Die aus den Tabellen (24) und (25), dem Generator (13) und der Erfassungsvorrichtung (12) bestehende Einheit bildet das Testorgan (10), das mit dem Simulator (11) die Reaktionen AFE der Vorrichtung (9) und die Reaktionen AEF des simulierten Umfelds je über die Verbindungen (19) bzw. (21) austauscht.

Außerdem speichert das Testorgan (10) in den Tabellen (24) für die Vorrichtung bestimmte Störwerte PF, die ihm über die Verbindung (18) übertragen werden.

Das Testorgan (10) sendet ebenfalls auf der nach außen führenden Verbindung (23) die Werte SF am Ausgang der Vorrichtung (9).

Der Simulator (11) empfängt die Störungen PE des Umfelds über die Verbindung (22) und überträgt die Ergebnisse SE der Simulationsberechnungen über die Verbindung (20) nach außen. Im vorhergehenden Beispiel entsprechen die Störungen PE dem vom Fahrer auf das Bremspedal ausgeübten Druck.

Die Störungen liegen in Form von Signalen vor, die im Lauf der Zeit variieren und mit der Tastfrequenz 1/dt abgetastet werden.

Vor dem Start des Tests werden die Tabellen (24, 25) des Testorgans (10) initialisiert und die Werte AEF und SE am Ausgang werden vom Simulator (11) ausgehend von der ersten Tastprobe der Störungen PE berechnet. Die Tastproben der Störungen PF werden in den Tabellen (24) gespeichert. Die Werte AEF am Ausgang werden dann zum Testorgan (10) übertragen, das sie in den Tabellen (24) speichert und den Test auslöst.

Wie vorher läuft der Test in aufeinanderfolgenden Schritten ab, wobei jeder Schritt mit einer Initialisierung und einer Stabilisierung des Betriebs der zu testenden Vorrichtung (9) beginnt.

Der Betrieb der Vorrichtung wird damit wiederhergestellt, wobei jeder Schritt es ermöglicht, einen Zeitintervall dt des Betriebs dem vorhergehenden Schritt hinzuzufügen. Aber diesesmal wird eine Störtastprobe PF an die Vorrichtung (9) zu Anfang jedes Zeitintervalls dt des Betriebs angelegt und eine zusätzliche Störtastprobe PE wird vom Simulator (11) berücksichtigt, um die Werte AEF und SE nach dem letzten Betriebsintervall der Vorrichtung (9) zu berechnen.

Die Werte SE und SF am Ausgang ermöglichen es, den guten Ablauf des Tests zu kontrollieren.

Im Schema der Figur 3 wurden die Funktionen des Tests und der Berechnung der Simulation in ein Testorgan (10) und einen Simulator (11) getrennt.

Dieses Merkmal kann für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in folgender Weise genutzt werden (Figur 4):

Die Vorrichtung (9) ist an das Testorgan (10) in gleicher Weise wie im Schema der Figur 3 angeschlossen. Das Testorgan (10) wird von einer Test-Arbeitsstation (27) gesteuert, die über ein Netz (28) mit der Simulationsstation (29) verbunden ist.

Die Test-Arbeitsstation (27) führt auch die Übertragung der Daten AEF und AFE zwischen dem Testorgan (10) und der Simulationsstation (29) durch.

Diese materielle Architektur ermöglicht es, die in Echtzeit durchzuführenden Operationen von den Rechenoperationen zu trennen. Auf diese Weise ist es nicht notwendig, über eine Maschine zu verfügen, die mit einem Echtzeit-Auswertungssystem im Mehrprozeßbetrieb ausgestattet ist.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Test einer mit ihrem Umfeld interaktiven Vorrichtung (1) oder eines Teils von ihr in Echtzeit, wobei das Verfahren einen Simulator (2) verwendet, der Informatikmittel benutzt, um das Umfeld der Vorrichtung (1) zu simulieren,

dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere aufeinanderfolgende Schritte aufweist, denen je eine Initialisierung und eine Stabilisierung der Vorrichtung (1) vorausgehen und auf die je die Berechnung und die Speicherung der Aktion des Umfelds (E&sub2;, E&sub3;, ... oder En) ausgehend vom letzten Wert (S&sub1;, S&sub2;, ... oder Sn-1) der Reaktion der Vorrichtung (1) folgen, wobei der erste Schritt die folgenden Operationen enthält, die vom Simulator (2) durchgeführt werden:

- das Anlegen einer ersten Aktion (E&sub1;) des Umfelds an die Vorrichtung (1) während einer bestimmten Dauer (dt); und

- die Erfassung der Reaktion (S&sub1;) der Vorrichtung (1) auf die erste Aktion des Umfelds;

und wobei jeder der folgenden Schritte enthält:

- das aufeinanderfolgende Anlegen der ersten (E&sub1;) und dann jeder der weiteren nach den vorhergehenden Schritten gespeicherten Aktionen (E&sub2;, E&sub3;, ..., En) des Umfelds an die Vorrichtung (1), wobei jede der Aktionen während der Dauer (dt) angelegt wird, und

- die Erfassung des letzten Werts der Reaktion (S&sub2;, S&sub3;, ... oder Sn) der Vorrichtung (1) auf die letzte Aktion (E&sub2;, E&sub3;, ... oder En) des Umfelds.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer (dt) kürzer ist als die Reaktionszeit der Vorrichtung (1).

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Störwert des Umfelds bei der Berechnung jeder der Aktionen (S&sub0;, S&sub1; S&sub2;, ... oder Sn) des Umfelds auf die Vorrichtung (1) durch den Simulator (2) berücksichtigt wird, wobei dieser Wert aus der Tastung eines Störsignals mit einer Tastfrequenz resultiert, die dem Kehrwert der Dauer entspricht.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Störwert gleichzeitig mit einer Aktion des Umfelds an die Vorrichtung (9) angelegt wird, wobei dieser Wert von der Tastung eines Störsignals mit einer Tastfrequenz kommt, die dem Kehrwert der Dauer entspricht.

5. Vorrichtung, die das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei Prozessoren aufweist, wobei ein erster Prozessor (10) Werte an die Eingänge der Vorrichtung (9) anlegt und am Ausgang Werte erfaßt und speichert, und ein zweiter Prozessor (11) die Simulationsberechnungen durchführt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Prozessor (10) ein Echtzeit-Auswertungssystem verwendet, während der zweite Prozessor (11) keine Echtzeit- Techniken erfordert.







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