【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于以模拟器测试电子控制装置的计算机实现的方法，其中，模拟器在计算单元上数值计算数学环境模型，其中，环境模型至少部分模拟控制装置的环境，其中，控制装置与模拟器通过相应的i/o接口相互耦合且相互作用，其中，在数值计算环境模型的情况下在模拟器上执行矩阵向量乘法，其中，使得矩阵与向量相乘为结果向量，其中，将矩阵向量乘法分解为两个加数的求和组成的序列，其中，每个加数是两个因子的乘积，其中，一个因子是矩阵的元素且另一因子是向量的元素。
技术介绍
1、在此言及的计算机实现的方法源自硬件在环模拟(hil模拟)的领域，其中，部分或完全模拟控制装置的环境。由此可能的是，将控制装置无危险地在模拟的环境中且不是在真实的物理过程中——控制装置随后应该在其中使用——试验和探测。典型的示例是用于电气驱动器的控制装置，例如来自机动车领域，其环境、亦即电气驱动器和必要时另外的环境组成部分(例如车辆的底盘)以模拟器模拟。为此，控制装置通过其i/o接口与模拟器的对应的i/o接口连接，由此可以如在控制装置的真实使用中那样交换相应的信号(半导体桥的功率信号、传感器信号等)。在作为示例所述的用于电气驱动器的控制装置的情况下，模拟器那么也包括适合的功率电子模块，以便仿真用于控制装置的相应的电气负载。
2、控制装置可以以不同形式存在，作为开发控制装置，其还不同于最终的硬件实现，作为最终的量产控制装置、但是也作为虚拟控制装置存在，其那么作为软件仿真存在。而且在后者情况下，模拟器与控制装置通过对应的i/o接口连接，即使这些接口仅仅通过数据技术实现。
3、控制装置的测试在于，连同模拟器一起运行控制装置，因为如此可以确定：控制装置和在其上实现的控制是否实现预期的性能，那么在预期的目标性能与在模拟中经历的实际性能之间实施比较。为此，不仅需要尽可能准确地数值计算数学环境模型，而且必须在实时模拟中也实时地将其计算：在一秒模拟时间的时间间隔中系统行为的计算那么必须最晚在一秒物理真实时间中完成。正是具有快速开关的半导体的功率电子系统的模拟是极其高要求的，因为系统经常具有大的特征值且由此具有在状态参量中高的时间变化率，正是也相比于机械系统。在此尽最大的努力改善模拟的数值处理，以便满足对模拟的实时要求和/或采用特定的硬件，以便使得快速计算变得可能，例如使用可编程的逻辑模块，经常以fpga(现场可编程门阵列)的形式。
4、微分方程组的数值计算在实际上总是导致矩阵计算，经常以矩阵向量乘法的形式，直接清楚的是，在实现时间离散化之后——这伴随数值方法——考虑例如系统的状态空间描述(参见例如文献wo 2020/099659a1)。
技术实现思路
1、特别是在fpga的使用中必须大多以元素加法器工作，由此可以将仅仅两个加数相加为和。在矩阵向量乘法中，经常出现具有大量加数的和，亦即最大对应于在参与的矩阵的一行中行元素的数量。因此必须将和分解为部分和，亦即所提及的两个加数的求和组成的序列。本专利技术的目的在于，进一步改善这样的矩阵向量乘法。
2、上述导出的目的在开始所述用于以模拟器测试电子控制装置的方法中借助于独立权利要求1的特征部分的特征解决，亦即通过如下：在序列确定步骤中确定如下这样的求和作为序列中下一个求和，其加数与矩阵中的占据最高的行的矩阵元素有关，其中，选择占据最高的行中的如下矩阵元素，其具有最高的和可用性。有意义的是，高优先级地使用占据尽可能高的行中的矩阵元素，因为在占据高的行中可最多地实施两者相加，直至最后计算行总计。此外有意义的是，以该行中的这样的元素开始，所述元素具有尽可能高的和可用性，亦即利用所述元素一方面可以原则上形成加数对且利用所述元素另一方面可以形成如下加数对，该加数对在矩阵的另一行中同样又出现。两者有助于矩阵元素的和可用性。和可用性那么也是在矩阵向量乘积的计算中用于加数对的可再次使用性的度量。
3、此外，多次以残差矩阵代替矩阵重复该序列确定步骤，直至残差矩阵不再具有不等于零的矩阵元素，其中，残差矩阵由矩阵产生，其方式为将矩阵中的所有如下矩阵元素设置为零，所述矩阵元素参与了在序列中已安排的求和。残差矩阵因此包含矩阵的所有如下矩阵元素，对于所述矩阵元素还不存在求和的计划。
4、最后，在计划的序列中实施求和，其中，在序列中实施求积用以计算加数，如加数为了实施求和所需要的那样。在矩阵的矩阵元素与向量的向量元素之间的求积跟随求和的计划，如果乘积对于求和是需要的，那么计算所述乘积。
5、在最后的求和步骤中在结果向量的每个行中通过相继成对的相加来计算由之前的求和产生的和。
6、在方法的一个进一步扩展方案中规定，根据在矩阵的列中数值相同的矩阵元素检查该矩阵，因为在具有在列中相同的矩阵元素的这些矩阵位置上可计算数值相同的乘积。仅仅一次计算数值相同的矩阵元素之一的数值与向量的对应的向量元素的数值的相应乘积。那么仅仅调用且不重新计算在具有数值相同的矩阵元素的其他矩阵位置上的乘积的计算结果。由此有针对性地降低计算矩阵向量乘积的计算耗费。优选地，在矩阵元素与对应的向量元素不同符号的情况下仅仅设置预计算的按数值的乘积的符号位，由此同样降低计算耗费。
7、为了进一步降低计算耗费，在方法的一个优选设计方案中规定，根据在矩阵的两个不同的行和相同的列中的多个相同的矩阵元素检查该矩阵，因为这对应于在结果向量中相同的和或部分和，其中，仅仅一次计算这样的和或部分和，且仅仅调用且不重新计算在其他行中具有相同的和或部分和的计算结果用以计算结果向量。因为在序列确定步骤中在求和中优选地处理这样具有高的和可用性的矩阵位置，所以与方法的开始相同地识别相同的多次计算且也如此快速疏化残差矩阵。也应注意的是，和在数值上是相同的，因为在该情况下也仅需计算和一次。符号变换可简单地通过符号位的相应的设置实现。
8、开始已一般地阐明和可用性。具有不同的可能性，用以具体实现数值计算和可用性的度量。在方法的一个优选实施例中已经证实，如果在矩阵的同一行中矩阵的另一元素具有不等于0的元素数值且由此该元素原则上参与在其行中的求和，那么矩阵的矩阵元素的和可用性在不等于0的元素数值的情况下以1评估。和可用性相应随着在矩阵的行中每个可考虑的如下加数对提高值1，该加数对数值相同地出现在矩阵的另一行中。
9、在存在矩阵的多个相同地占据最高的行的情况下，在方法的一个进一步扩展方案中，在序列确定步骤中对于矩阵的这些行中的每个求得总计的和可用性，这对应于相应的行的矩阵元素的和可用性的和，且那么选择具有最高的总计的和可用性的这样的行。
10、在矩阵中存在具有相同最高的占据率和具有相同总计的和可用性的多个行的情况下，在优选实施例中实现如下变型中之一：通过随机或通过选择具有最小的行号的行或通过选择具有最大的行号的行来选择这多个行中之一。
11、如上所述，在矩阵向量乘法中为了计算结果向量的元素，根据矩阵的大小和向量的大小可计算具有显著大于2个加数的和。如果矩阵具有n列，那么最大存在n个加数。那么必须多本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于以模拟器(3)测试电子控制装置(2)的计算机实现的方法(1)，其中，模拟器(3)在计算单元上数值计算数学环境模型(4)，环境模型(4)至少部分模拟控制装置(2)的环境，控制装置(2)与模拟器(3)通过相应的I/O接口(5、6)相互耦合且相互作用，在数值计算环境模型(4)的情况下在模拟器(3)上执行矩阵向量乘法，在所述矩阵向量乘法中，使矩阵(M)与向量(v)相乘为结果向量(r)，其中，将矩阵向量乘法分解为两个加数的求和(b)组成的序列，每个加数是两个因子的乘积，一个因子是矩阵(M)的元素(ki)且另一因子是向量(v)的元素(vj)，
2.根据权利要求1所述的方法(1)，其特征在于，根据在矩阵(M)的列(Mj)中数值相同的矩阵元素(ki)检查该矩阵(M)，因为在具有在列(Mj)中相同的矩阵元素(ki)的这些矩阵位置上能计算数值相同的乘积；仅仅一次计算数值相同的矩阵元素(ki)之一的数值与向量(v)的对应的向量元素(vj)的数值的相应乘积且仅仅调用且不重新计算在具有数值相同的矩阵元素的其他矩阵位置上的乘积的计算结果，特别是其中，在矩阵元素(ki)与对应的向量元素(v
3.根据权利要求1或2所述的方法(1)，其特征在于，根据在矩阵(M)的两个不同的行(Mi)和相同的列(Mj)中的多个相同的矩阵元素(Mij)检查该矩阵(M)，因为这对应于在结果向量(r)中相同的和或部分和，其中，仅仅一次计算这样的和或部分和，且仅仅调用且不重新计算在其他行中具有相同的和或部分和的计算结果用以计算结果向量(r)。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法(1)，其特征在于，如果在矩阵(M)的同一行(Mi)中矩阵(M)的另一元素(Mij)具有不等于0的元素数值且由此该元素(Mij)原则上参与在其行中的求和，那么矩阵(M)的元素(Mij)的和可用性(Pij)在不等于0的元素数值的情况下以1评估，其中，和可用性(Pij)相应随着在矩阵(M)的行(Mi)中每个能考虑的如下加数对来提高值1，该加数对数值相同地出现在矩阵(M)的另一行中。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法(1)，其特征在于，在序列确定步骤(8)中在存在矩阵(M)的多个相同地占据最高的行(Mi)的情况下，对于矩阵(M)的这些行(Mi)中的每个行求得总计的和可用性(qi)，这对应于相应的行(Mi)的矩阵元素(Mij)的和可用性(Pij)的和，且选择具有最高的总计的和可用性(qi)的这样的行(Mi)。
6.根据权利要求5所述的方法(1)，其特征在于，在矩阵(M)中存在具有相同最高的占据率(si)和具有相同总计的和可用性(qi)的多个行(Mi)的情况下，通过随机或通过选择具有最小的行号的行或通过选择具有最大的行号的行来选择所述多个行(Mi)之一。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法(1)，其特征在于，在最后的求和步骤(9)中形成辅助矩阵(M”)，其具有对应于矩阵(M)的行数的行数以及具有在求和(b)的已经确定的序列中对应于求和(b)的数量的列数；在每个列中记入求和(b)的已经确定的序列的求和(b)，亦即在如下行中，对于该行求和(b)提供结果向量(r)中的数值；利用辅助矩阵(M”)实施序列确定步骤(8)；以及多次以辅助残差矩阵(M”’)代替辅助矩阵(M”)重复该序列确定步骤(8)，直至辅助残差矩阵(M”’)不再具有不等于零的矩阵元素，其中，辅助残差矩阵(M”’)由辅助矩阵(M”)产生，其方式为将辅助矩阵(M”)中的所有如下矩阵元素(M”ij)设置为零，所述矩阵元素参与了在序列中已安排的求和(b)；在现在扩展的计划的序列中实施求和(b)；以及在结果向量(r)的每个行中通过相继成对的相加来计算在之前扩展的求和(b)中产生的和。
8.根据权利要求7所述的方法(1)，其特征在于，多次类比地重复根据权利要求7的方法步骤，直至用于矩阵向量乘法的需要数量的求和(b)完全已分解为两个加数的求和(b)组成的序列。
9.根据权利要求1至8之一所述的方法(1)，其特征在于，所述控制装置(2)是真实的电子控制装置(2)或虚拟的电子控制装置(2)。
10.根据权利要求1至9之一所述的方法(1)，其特征在于，在环境模型(4)的范围中在计算矩阵向量乘法的情况下以用于求和(b)的所确定的序列为基础，且将环境模型(4)转移到用于可编程的逻辑模块的硬件描述中，其中，可编程的逻辑模块是模拟器(3)的计算单元且以硬件描述配置。
11.计算机程序，包括指令，当以模拟器(3)执行所述指令时，所述指令促使模拟器(3)执行根据权利要求1至10之一所述的方法(1)。<...
【技术特征摘要】
1.用于以模拟器(3)测试电子控制装置(2)的计算机实现的方法(1)，其中，模拟器(3)在计算单元上数值计算数学环境模型(4)，环境模型(4)至少部分模拟控制装置(2)的环境，控制装置(2)与模拟器(3)通过相应的i/o接口(5、6)相互耦合且相互作用，在数值计算环境模型(4)的情况下在模拟器(3)上执行矩阵向量乘法，在所述矩阵向量乘法中，使矩阵(m)与向量(v)相乘为结果向量(r)，其中，将矩阵向量乘法分解为两个加数的求和(b)组成的序列，每个加数是两个因子的乘积，一个因子是矩阵(m)的元素(ki)且另一因子是向量(v)的元素(vj)，
2.根据权利要求1所述的方法(1)，其特征在于，根据在矩阵(m)的列(mj)中数值相同的矩阵元素(ki)检查该矩阵(m)，因为在具有在列(mj)中相同的矩阵元素(ki)的这些矩阵位置上能计算数值相同的乘积；仅仅一次计算数值相同的矩阵元素(ki)之一的数值与向量(v)的对应的向量元素(vj)的数值的相应乘积且仅仅调用且不重新计算在具有数值相同的矩阵元素的其他矩阵位置上的乘积的计算结果，特别是其中，在矩阵元素(ki)与对应的向量元素(vj)不同符号的情况下相应地设置预计算的按数值的乘积的符号位。
3.根据权利要求1或2所述的方法(1)，其特征在于，根据在矩阵(m)的两个不同的行(mi)和相同的列(mj)中的多个相同的矩阵元素(mij)检查该矩阵(m)，因为这对应于在结果向量(r)中相同的和或部分和，其中，仅仅一次计算这样的和或部分和，且仅仅调用且不重新计算在其他行中具有相同的和或部分和的计算结果用以计算结果向量(r)。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法(1)，其特征在于，如果在矩阵(m)的同一行(mi)中矩阵(m)的另一元素(mij)具有不等于0的元素数值且由此该元素(mij)原则上参与在其行中的求和，那么矩阵(m)的元素(mij)的和可用性(pij)在不等于0的元素数值的情况下以1评估，其中，和可用性(pij)相应随着在矩阵(m)的行(mi)中每个能考虑的如下加数对来提高值1，该加数对数值相同地出现在矩阵(m)的另一行中。
5.根据权利要求1至4之一所述的方法(1)，其特征在于，在序列确定步骤(8)中在存在矩阵(m)的多个相同地占据最高的行(mi)的情况下，对于矩阵(m)的这些...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·基弗，T·霍夫施塔特，
申请(专利权)人：德斯拜思有限公司，
类型：发明
国别省市：
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