Simulation temps-réel distribuée de modèles numériques : application au groupe motopropulseur

Distributed real-time simulation of numerical models : application to power-train

• Auteur / Autrice : Abir Ben Khaled-El Feki
• Direction : Daniel Simon, Mohamed El Mongi Ben Gaid
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique productique
• Date : Soutenance le 27/05/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Centre de recherche de l'université Grenoble Alpes - Institut français du pétrole Énergies nouvelles (Rueil-Malmaison, Hauts-de-Seine)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Sename
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Simon, Mohamed El Mongi Ben Gaid, Nikoukah Ramine, Thierry Soriano
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Siron, Petter Krus

Mots clés

Mots clés libres

Simulation temps-réel

Functional Mockup Interface (FMI)

Simulation multi-coeurs

Systèmes Cyber-Physiques

Groupe motopropulseurs (GMP)

Ordonnancement

Real-time simulation

Functional Mock-up Interface (FMI)

Multi-core simulation

Cyber Physical System

Powertrain

Scheduling

Résumé

De nos jours, la validation des unités de contrôle électronique ECU se fonde généralement sur la simulationHardware-In-the-Loop où les systèmes physiques qui manquent sont modélisés à l’aide deséquations différentielles hybrides. La complexité croissante de ce type de modèles rend le compromisentre le temps de calcul et la précision de la simulation difficile à satisfaire. Cette thèse étudie et proposedes méthodes d’analyse et d’expérimentation destinées à la co-simulation temps-réel ferme de modèlesdynamiques hybrides. Elle vise notamment à définir des solutions afin d’exploiter plus efficacement leparallélisme fourni par les architectures multi-coeurs en utilisant de nouvelles méthodes et paradigmesde l’allocation des ressources. La première phase de la thèse a étudié la possibilité d’utiliser des méthodesd’intégration numérique permettant d’adapter l’ordre comme la taille du pas de temps ainsi quede détecter les événements et ceci dans le contexte de la co-simulation modulaire avec des contraintestemps-réel faiblement dures. De plus, l’ordre d’exécution des différents modèles a été étudié afin dedémontrer l’influence du respect des dépendances de données entre les modèles couplés sur les résultatsde la simulation. Nous avons proposé pour cet objectif, une nouvelle méthode de co-simulationqui permet le parallélisme complet entre les modèles impliquant une accélération supra-linéaire sanspour autant ajouter des erreurs liées à l’ordre d’exécution. Enfin, les erreurs de retard causées par lataille de pas de communication entre les modèles ont été améliorées grâce à une nouvelle méthoded’extrapolation par contexte des signaux d’entrée. Toutes les approches proposées visent de manièreconstructive à améliorer la vitesse de simulation afin de respecter les contraintes temps-réel, tout engardant la qualité et la précision des résultats de simulation sous contrôle. Ces méthodes ont été validéespar plusieurs essais et expériences sur un modèle de moteur à combustion interne et intégrées àun prototype du logiciel xMOD.

Nowadays the validation of Electronic Control Units ECUs generally relies on Hardware-in-The-Loopsimulation where the lacking physical systems are modeled using hybrid differential equations. Theincreasing complexity of this kind of models makes the trade-off between time efficiency and the simulationaccuracy hard to satisfy. This thesis investigates and proposes some analytical and experimentalmethods towards weakly-hard real-time co-simulation of hybrid dynamical models. It seeks in particularto define solutions in order to exploit more efficiently the parallelism provided by multi-core architecturesusing new methods and paradigms of resource allocation. The first phase of the thesis studied the possibilityof using step-size and order control numerical integration methods with events detection in thecontext of real-time modular co-simulation when the time constraints are considered weakly-hard. Moreover,the execution order of the different models was studied to show the influence of keeping or not thedata dependencies between coupled models on the simulation results. We proposed for this aim a newmethod of co-simulation that allows the full parallelism between models implying supra-linear speed-upswithout adding errors related to their execution order. Finally, the delay errors due to the communicationstep-size between the models were improved thanks to a proposed context-based inputs extrapolation.All proposed approaches target constructively to enhance the simulation speed for the compliance toreal-time constraints while keeping the quality and accuracy of simulation results under control and theyare validated through several test and experiments on an internal combustion engine model and integratedto a prototype version of the xMOD software.