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Hybrid Simulation Models for Embedded Applications: A Modelica and eFMI approach

Kamp, Tobias und Bürger, Christoff und Rein, Johannes und Brembeck, Jonathan (2025) Hybrid Simulation Models for Embedded Applications: A Modelica and eFMI approach. In: Proceedings of the 16th International Modelica&FMI Conference (218), Seiten 545-555. 16th International Modelica & FMI Conference, 2025-09-08 - 2025-09-10, Lucerne, Switzerland. doi: 10.3384/ecp218555. ISBN 978-91-8118-266-8. ISSN 1650-3740.

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Offizielle URL: https://ecp.ep.liu.se/index.php/modelica/article/view/1341

Kurzfassung

Hybrid simulation models combine physics equations with trainable components to improve simulation results and performance. Physics-enhanced neural ordinary differential equations (PeN-ODE) are a promising type of hybrid models that combine artificial neural networks (NN) with the differential equations of a dynamic system. Dynamic simulation models are often part of embedded control algorithms of cyber-physical systems (CPS); compliance with the safety and real-time requirements of such embedded environments is, however, challenging. In this work, we propose a workflow to incorporate trained NNs in Modelica models to form hybrid simulation models that are PeN-ODEs. We thereby focus on the transformation steps from equation-based trained PeN- ODEs in Modelica towards causal solutions suited for the embedded domain - up to and including MISRA C:2023 compliance checks and final software-in-the-loop (SiL) tests of generated production code in the modeling environment - for which we leverage eFMI standard compliant tools (Dymola and Software Production Engineering). It is of particular interest how the trained NNs of the hybrid model are implemented. We present two approaches: (1) generation of C code using existing Open Neural Network Exchange (ONNX) tooling and (2) pure Modelica code with the tensor-flow represented as multidimensional equations. Both approaches are discussed, highlighting why (2) is, in the long run, a better option given the eFMI technology space.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/217608/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Zusätzliche Informationen:This work has been supported by the Swedish Agency for Innovation Systems (Vinnova1, grant number 2023- 00969) and the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF2, grant number FKZ 1IS23062A) within the ITEA 4 Project Open standards for SCALable virtual engineerING and operation (OpenSCALING3, ITEA Project 22013)
Titel:Hybrid Simulation Models for Embedded Applications: A Modelica and eFMI approach
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kamp, Tobiastobias.kamp (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0006-5584-2928196078202
Bürger, Christoffchristoff.buerger (at) 3ds.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rein, Johannesjohannes.rein (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Brembeck, Jonathanjonathan.brembeck (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7671-5251NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:September 2025
Erschienen in:Proceedings of the 16th International Modelica&FMI Conference
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.3384/ecp218555
Seitenbereich:Seiten 545-555
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Zimmer, DirkDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Müller, Ulf ChristianHLSUNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Name der Reihe:Linköping Electronic Conference Proceedings
ISSN:1650-3740
ISBN:978-91-8118-266-8
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Hybrid modeling, neural network, machine learning, embedded system, Modelica, eFMI, Physics- enhanced Neural ODE, recalibration
Veranstaltungstitel:16th International Modelica & FMI Conference
Veranstaltungsort:Lucerne, Switzerland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:8 September 2025
Veranstaltungsende:10 September 2025
Veranstalter :Modelica Association
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V ST Straßenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - V&V4NGC - Methoden, Prozesse und Werkzeugketten für die Validierung & Verifikation von NGC
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Fahrzeugkonzepte > Fahrzeug Systemdynamik und Regelungstechnik
Hinterlegt von: Kamp, Tobias
Hinterlegt am:05 Nov 2025 09:42
Letzte Änderung:08 Jan 2026 13:41

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