目前,汽车行业正经历一场深刻的变革,电动化、智能化、网联化趋势正推动技术架构和产业布局的全面重塑。工业仿真软件,作为推动汽车研发的核心动力和实验平台,不仅是产业链和供应链的关键支撑,更是衡量汽车产业国际竞争力的重要指标之一。
我国汽车技术研究中心有限公司(简称“中汽中心”)针对工业仿真软件长期受制于国外产品及面临系统性的“卡脖子”困境,以“百大工程”为战略导向,致力于核心软件的自主化突破。该公司成功研发了拥有完全自主知识产权的通用系统级仿真软件平台Cautosim,此举将有力推动我国汽车研发领域软件的国产化进程。
Cautosim作为国内首款针对汽车行业的Modelica通用多学科DAE/ODE求解器,专注于系统仿真的“建模、求解、分析”等核心环节,实现了电、热、磁、力、流等多物理场的高效协同仿真。其核心模块完全实现自主知识产权,并具备国际领先水平的算法灵活性、稳定性和并行计算功能。引擎能够实现模型层面的并行处理,并运用多维插值、初始值优化、采样步长调节等前沿技术,从而打造出适用于各种复杂工况的专属求解方案,显著增强了系统级建模仿真的能力。
强化自主研发创新,供给国家所需产业所急
凭借自主研发的引擎,中汽中心成功构筑了国内首个针对汽车行业、覆盖整个工业领域的系统仿真软件Cautosim,且已连续两年推出其商业化版本。
在灵活部署与高效建模领域,我们提供三种模式:开发版(主要针对模型定制开发与调试)、企业版(聚焦于场景应用和丰富专业库的构建)以及云平台(支持协同建模和模型库管理)。这些模式旨在满足不同用户的需求。特别地,开发版支持开放文本模式,以适应高级用户进行深度定制,同时还能显著提升建模效率,达到40%的提升。
在多物理域协同及高精度求解领域,我们集成了前处理建模器、高效求解器以及后处理可视化分析器等关键工具,全面涵盖了整车动力经济性、整车热管理、电动汽车热管理以及液压底盘等关键应用场景。该求解器的精度与国际领先软件相当,其关键性能参数仿真精度高达95%以上,核心参数预测误差被严格控制在±5%以内,确保了既准确又高效的求解效果。
在智能化辅助和深度分析领域,我们提供了一系列功能强大的辅助工具,包括批量仿真调度、敏感性分析和优化算法等,这些工具能够有效支持多种工况和多目标优化任务。此外,我们还具备多种曲线处理技术、仪表盘(二维视图)、分屏显示、报表生成以及3D动画回放等功能,这些后处理能力尤为突出。例如,新增的人体舒适度评价功能能够动态展示乘员舱热平衡体感指数,为用户提供更为直观和全面的数据分析。
在开放互联生态领域,系统内集成了多样的接口,包括FMI、TCP/UDP、S-Function以及一三维联仿和实时机交互等,这些接口能够与MBSE的上下游工具链以及第三方软件(例如MATLAB/Simulink)实现无障碍连接,从而有效促进了联仿工作的效率,并成功打破了工具之间的孤立状态。
在云端协同作业及性能显著提升的领域,云平台能够实现多用户共同进行模型构建与模型库的维护。对内核性能进行了深度优化,包括并行仿真、高维插值等技术,有效提高了复杂模型的求解速度和稳定性。同时,平台还致力于与云基础设施的深度融合,以此提高数据处理的效率和服务托管的性能,进而减少运维方面的开支。
在持续进化与场景深化的领域,我们不断进行迭代,新增了一系列核心功能,如状态机(通过图形化方式构建控制策略,有效提高逻辑建模的效率和精确度)、高效表格编辑器(能够处理高达百万级的MAP数据)、工程热力学图(包括压焓图和温熵图,用于辅助空调系统的优化)、整车热管理一体化评价等,这些功能的加入,持续扩大了我们的应用范围。
构建高精度模型库体系,夯实产业底座自主能力
构建的高品质模型库成为仿真软件竞争中的关键利器。该库通过整合机理、经验以及数据驱动的多种模型,形成了电学、磁学、热学、机械学、流体力学等五大领域的通用模型库,并设立了针对动力电池、燃料电池、电驱动、动力学以及整车等特定应用场景的专业库。目前,该库已收录超过2260个模型,全面涵盖了新能源汽车的核心系统和未来智能网联汽车的架构设计。
不断打造适用于Modelica语言的全方位模型开发生态系统,融合自主研发的建模语言解析器以及模型管理工具,推进模型的清晰化、规范化以及系统化开发,有力地促进了行业的迅速整合、资源共享以及持续更新。新增了4个专业模型库,包括液压和热液压等,以及100多个专业模型和CO2等新型介质物性。这些模型库正不断得到扩充和改进,整体精度与稳定性已达到国际顶尖水平,为能效评估和性能预测等领域提供了强有力的支持。
深化工程验证应用,加速国产替代落地
秉持“源自工程、回归工程”的理念,以解决行业实际场景中的问题为引导,我们在主要整车制造企业和零部件生产企业中广泛推广试点应用,致力于确保产品能够真正满足客户的实际需求。依托Cautosim的实践案例,包括整车性能分析、多源系统热管理、CO2超临界循环、三电热管理等,这些案例充分证明了其在仿真精度、运行效率、开放性等方面的卓越表现。
我们高度重视自主知识产权体系的建立,同时在国内和国外同步进行专利、软件著作权等领域的布局。截至目前,我们已经成功申请并获得了34项专利,以及16项软件著作权。Cautosim产品以多样化的形式服务于超过75家企业、高等院校和科研机构,通过收集并不断迭代优化800多条用户反馈,产品持续得到升级和改进。通过开展业务协作以及软件的广泛部署与应用推广,构建起了一个涵盖基础软件平台、行业模型库直至应用服务的完整推广体系,并在整车动力经济性及热管理领域,初步达成了国产化替代并成功落地的目标。
协同构建生态体系,打造汽车工业软件创新高地
为了实现工业软件“基础—平台—生态”全流程的闭环,中汽中心主动携手行业内的领军企业、科研机构和高等教育机构,共同构建一个跨行业、共享共建的开放协作平台。在技术底层,我们致力于推动编译器、几何引擎、优化器、显示引擎等关键模块的模块化、组件化以及插件化开发,从而构建起支持多语言、多平台、多场景应用的工业级基础能力。同步推进行业技术的创新突破和数字化变革,设立仿真建模的标准体系、模型库接口的规范体系以及数据互操作的协议体系等基础性标准,打造“标准、平台、服务”三位一体的架构,从而加速产业链统一技术规范的建立。新设立的子企业中汽软件(深圳)有限公司已与国内多家顶尖的工业软件供应商,如上海煊翊、北京世冠、南京天洑、深圳泊松、成都赢瑞等,在产品研发、技术交流、客户服务支持以及生态体系建设等多个方面展开了紧密的合作,致力于共同构建一个完善的国产工具链体系。
中汽中心未来将致力于构建“自主掌控、全球领先”的汽车工业仿真软件基础平台,不断展现其在技术引领和生态整合方面的实力,深入攻克工业仿真软件的底层技术难题,加速推进国产化平台的实用性、易用性和便捷性,构筑覆盖全生命周期、全应用场景和全价值链的仿真工具体系。加速推进Cautosim在云端的部署进程,力求达成云端并行计算的目标,以此支持AI辅助建模和数字孪生实时运算等先进技术的实际应用。同时,加紧完成新一阶段的热力学、液压学、电学和磁学等学科模型库的开发,以及20多项关键算法的升级工作,进而促进企业应用范围的扩大和跨行业应用的拓展。加速推进技术、产业及价值三个链条的紧密融合,从而为我国汽车产业向高端、智能和环保方向的发展奠定稳固的基础。