Das von Bosch und dem Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik initiierte 14-Millionen-Euro-Projekt EMPHYSIS wurde im Februar 2021 erfolgreich beendet. Im Projekt wurde der neue Standard eFMI (Functional Mock-up Interface for embedded systems) erarbeitet und mit Werkzeugketten und industriellen Anwendungsfällen evaluiert, um sehr fortgeschrittene Regelungs- und Diagnosefunktionen kostengünstig und wesentlich schneller als mit bisherigen Technologien auf eingebettete Systeme zu bringen. Am 15. September 2021 erhielt das europäische Forschungsprojekt den ITEA Award of Excellence for outstanding results in Innovation, Business impact and Standardisation".
SR war einer der Initiatoren vom Projekt EMPHYSIS und leitete das Arbeitspaket zur Entwicklung und Spezifikation des eFMI-Standards. In dieser Funktion steuerte SR als verantwortlicher Redakteur maßgebliche Anteile zum Spezifikationsdokument bei. Das Institut konnte während der Standardisierungsaktivitäten insbesondere auf
In enger Kooperation mit Projektpartnern wurde von SR eine Modelica-Bibliothek mit zahlreichen Testbeispielen erstellt, die vom Minimalbeispiel bis hin zu sehr herausfordernden Funktionalitäten eine breite Palette von Modellen zum Testen des Standards und der Werkzeugketten enthält. Für die Testfälle zur Validierung und Verifikation des eFMI Standards wurden von SR fortlaufend und automatisiert Referenzergebnisdaten erzeugt. Diese Testfälle wurden in der Entwicklung des eFMI-Standards und der zugehörigen Werkzeugketten von den Projektpartnern intensiv benutzt, um den Export und Import von eFMI-Repräsentationen zu testen und deren Interoperabilität zwischen den Werkzeugen sicherzustellen.
Die entwickelte Open-Source-Bibliothek wurde bereits im Rahmen des Modelica Association Projekts „eFMI“ veröffentlicht (https://github.com/modelica/efmi-testcases/) und wird dort weiter gepflegt.
In EMPHYSIS wurden die entwickelten eFMI-Werkzeugketten in mehrere Anwendungsfällen demonstriert. SR war für den Demonstrator zur modellbasierten Vertikaldynamikregelung von semi-aktiven Dämpfern eines Straßenfahrzeugs verantwortlich. Hierfür wurden aufwändige Dynamikfahrzeugmodelle in Modelica zum Teil in Zusammenarbeit mit einem Projektpartner erstellt. Daraus abgeleitet wurden Prädiktionsmodelle für einen nichtlinearen Kalman Filter sowie physikalische Reglermodelle zur Vertikaldynamikregelung des Fahrzeugs erzeugt.
In Zusammenarbeit mit Partnern konnte die im Projekt etablierte eFMI-Werkzeugkette auf dem Demonstratorfahrzeug in einem Seriensteuergerät erfolgreich angewendet werden. Damit wurde aus Modelica-Modellen zunächst eFMI Algorithm Code (GALEC-Code) erzeugt, darauf aufbauend dann der eFMI Produktionscode (C-Code). Dieser konnte zusammen mit einer von SR entwickelten generischen C-Bibliothek für nichtlineare Kalman Filter erfolgreich in die Softwareumgebung des Steuergeräts eingebunden und kompiliert werden.
In einem nächsten Schritt wurde die Software auf Funktionalität und Echtzeitverhalten im Labor getestet. Nach dem erfolgreichen Abschluss der Tests wurde die Software auf dem Steuergerät für die Vertikaldynamikregelung in Fahrversuchen in einem mit entsprechenden Sensoren ausgestatteten Straßenfahrzeug sowohl auf einem Testgelände als auch auf Stadt- und Überlandfahrten eingesetzt und erfolgreich validiert.
Aufbau des Demonstrators zur modellbasierten Vertikaldynamikregelung mit Messtechnik und Echtzeitsystemen (Bild: DLR)
Insgesamt konnte an dem Demonstrator eindrucksvoll eine funktionsfähige eFMI-Werkzeugkette für einen komplexen nichtlinearen Regler auf Basis inverser dynamischer multiphysikalischer Modelle gezeigt werden. Der große Vorteil an diesem Vorgehen besteht darin, dass multiphysikalische Modelica-Modelle in der eFMI-Werkzeugkette direkt verwendet werden können, an deren Ende ausführbarer Code für ein Steuergerät zur Verfügung steht. Dies eröffnet die Möglichkeit, komplexe modellbasierte Regelungsfunktionen wesentlich einfacher und schneller in Code zu überführen, der für eingebettete Systeme geeignet und optimiert ist.
In Fahrversuchen wurde die auf eFMI basierende Regelungssoftware erfolgreich validiert. (Bild: DLR)
Das ITEA-Projekt EMPHYSIS wurde vom BMBF unter dem Kennzeichen 01IS17023B gefördert.
Projektlaufzeit: 09/2017 bis 02/2021