同元车辆模型库——TA系列

众所周知，Modelica是一种开放、面向对象、基于方程的计算机语言。它可以跨越不同领域快速实现复杂物理系统的建模，并且可以将Modelica模型导出为Simulink可用的S-Function、符合FMI标准的FMU、NI等主流实时仿真机需要的实时模型格式、C代码等，因此被广泛应用于车辆等行业。

同元车辆TA系列模型库是使用同元自主的系统仿真验证软件MWorks.Sysplorer建立的Modelica车辆模型库。同元车辆TA系列模型库几乎囊括了整车仿真应用的方方面面，包括整车动力性经济性、整车动力学特性、整车低压能耗、整车动力系统、整车热管理、发动机热管理、电池包充放电、电池续航里程等。适用于不同动力方式（传统燃油车、电动车、混动车）、不同车辆类型（乘用车、商用车、赛车、特种车辆）的多层次多领域多机型应用仿真场景。

同元车辆模型库TA系列

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车辆电池模型库-TABattery

车辆电池模型库包括电芯模型、电池模组模型、电池包模型等模型，电芯模型分为电学模块和热学模块。用户可根据实际需求搭建不同层级模型（如电芯/电池模组/电池包模型），电池模型库可与整车模型/热管理系统模型组合，可应用于纯电动/混动车型的各类工况或热管理仿真分析。

模型库功能

• 支持模型组件快速开发：提供电芯/电池模组和电池包模型模板，用户可基于提供的模板快速开发/扩展电池模型。

• 提供电芯/电池模组/电池包模型：提供电芯、电池模组和电池包三个层级模型，可支持不同层级的电学性能和热学性能分析评估和优化。

• 具备从电芯层级至电池包层级总线通讯：提供电芯、电池模组和电池包三个层级的总线模型，可以通过总线获取每个电芯/电池模组/电池包的相关信息，如SOC和温度等。

• 具备良好的兼容性与可拓展性：能够与Modelica 3.2.1以上的标准库、车辆其它系统模型库（如动力性经济性模型库-TAEconomy）兼容并联合使用，形成纯电/混动车型动力性经济性仿真模型；同时在既有模型库基础上方便实现模型功能和内容的扩展。

应用场景

• 电池包热管理仿真分析：支持电池包热管理仿真分析，适用于乘用车热管理系统仿真验证。

• 电池管理系统设计验证：提供电池包模型，电池包总线提供电池包SOC、温度等信息，适用于电池管理系统（BMS）设计验证。

• 纯电动/混动车型仿真工况：支持与其他车辆模型库组合构建纯电动/混动车辆模型，适用于车辆动力性经济性分析、车辆动力学特性分析。

应用案例

如下图所示，根据电池包充放电工况建立模型，电池包以脉冲周期信号进行充放电，电流幅值为33A，周期为50s，即一个周期内电池包在前25s以33A电流进行充电，在后25s以33A电流进行放电；同时对电池包单侧以100W功率进行散热，仿真结果可通过调取电池包总线获取电池包相关信息，如电池包平均SOC和电池包内某模组/电芯温度曲线，完成电池包热分析和充放电工况分析，为电池包管理系统设计提供参考。

左图 电池包充放电模型   右图 电池包SOC变化

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车辆发动机模型库-TAEngine

车辆发动机模型库包括发动机、进气系统、排气系统、供油系统等模型，用户可根据实际需求搭建不同的模型。例如发动机可以分为传统发动机模型、涡轮增压发动机，可应用于发动机控制器虚拟标定、发动机热管理分析、发动机进排气系统分析、发动机开发设计验证、整车动力性经济性分析等场合。

模型库功能

• 提供丰富的子系统模型：提供丰富的子系统供用户选择，并且可以对子系统本身进行测试，如进排气系统仿真验证。

• 支持控制器硬件在环测试：提供发动机模型作为被控对象模型，支持对系统控制策略进行功能验证、分析与硬件在环测试。

应用场景

• 发动机控制器虚拟标定：可以模拟真实控制器控制发动机在各工况下燃料供给量、燃料喷射正时、点火闭合角、发动机怠速运转以及车辆其他附件系统状态和相关参数的标定。

• 发动机性能仿真分析：根据发动机模型和发动机子系统的工作状态，分析发动机性能。

• 发动机进气/排气性能影响分析：通过优化和修改进排气系统参数，仿真分析进排气系统对发动机性能影响。

• 动力性经济性仿真工况：分析整车动力性和燃油经济性，为发动机选型提供数据支撑。

• 发动机热管理分析：发动机模型包含热接口，可应用于发动机热管理仿真分析。

应用案例

如下图所示，发动机起始转速为1000rpm，发动机外接固定温度的冷却边界进行冷却，负载扭矩从0加载至300N.m。

左图 发动机仿真模型      右图 发动机转速模型

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车辆电子模型库-TAElectronic

车辆电子模型库包括照明/风暖系统、行车系统和舒乐系统。用户可根据实际的工况，构建整车低压负载系统模型，可应用于不同道路、发动机转速、天气工况下的产品设计验证和DCDC控制策略虚拟标定。

模型库功能

• 提供丰富的子系统：提供丰富的子系统供用户选择，并且可以对子系统本身进行测试。

• 支持构建自定义模型：支持通过继承和重申明替换关键组件类型，快速完成低压负载模型的构建。

• 提供常见电子负载模型：如LED灯、大灯、雨刮器、车窗除霜器、喷油系统和通用负载模型。

应用场景

• DCDC控制策略虚拟标定：支持对DCDC控制策略进行验证和优化，提高整车低压电网动态性能。

• 整车复杂工况仿真分析：根据整车不同低压负载工作状态配置构建整车实际复杂低压耗能工况，如发动机不同转速工况、不同道路等级工况、不同天气状况。

应用案例

如下图所示，对车辆电子模型模拟信号建立模型进行测试，设置LED相对发光强度为2240坎德拉，矩形灯行列数均为2；大灯的额定功率60W，峰值电流10A；车窗峰值电流15A，额定电流5A，阻断电流20A；除霜器峰值电流3A，额定电流2.5A；车速150km/h，暴雨工况，老旧路面，引擎转速为2000r/min，最后电压设定为14V。

左图 电压负载系统模型      右图 电池输出电流变化曲线

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车辆热管理系统库-TAThermalSystem

车辆热管理系统库包括阀类、换热器、管道、压缩机、泵源、加热器、储液箱等模型。用户可根据实际需求搭建整车热管理模型。同时模型库提供不同颗粒度的子系统模型，可构建整车热管理系统模型，如发动机热管理、电机热管理、乘员舱热管理。

模型库功能

• 支持快速集成整车热管理模型：提供相应组件案例和仿真系统案例，可以通过现有案例快速构建整车级热管理系统。

• 支持根据不同组件类型替换模板：采用不同方法构建阀类、管道、换热器等模型，可以根据实际组件类型选择按照几何机理模型建模或按照性能曲线或MAP形式建模。

• 支持集成电池和电驱动子系统热管理模型：支持扩展子系统热管理组件拓扑结构，实现对电池热管理系统离散回路的集成，以及对电驱动系统换热回路的集成。

• 支持导入/导出FMU进行联合仿真：支持导入子系统FMU模型与整车热管理模型进行联合仿真，提供了用于导出FMU的整车模型案例，实现与其他软件的联合仿真。

应用场景

• 系统级热管理控制算法开发与仿真：对整车热管理系统进行仿真，通过集成空调系统和电驱动系统的热管理回路，验证不同的整车热管理算法对整车制冷采暖的影响，模型可以提供不同形式的整车热管理拓扑结构。

• 空调系统开发与仿真：对空调系统的控制算法进行仿真分析，分析组件参数对空调系统的制冷与制热影响。

应用案例

如下图所示，搭建整车空调热管理系统，通过空调冷却回路和乘员舱，风扇，管道的串联，构建车辆乘员舱内循环工况，用于分析空调采暖等实际工况仿真效果，为乘员舱控制算法开发提供被控对象。

左图 乘员舱热管理应用案例   右图 乘员舱温度变化曲线

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车辆动力性经济性库-TAEconomy

车辆动力性经济性库包括制动模型、线性轮胎模型、驾驶员模型、车身模型、变速器模型、发动机模型、电机模型、电池模型、控制器模型和驾驶舱模型。用户可根据实际需求搭建所需的驾驶员工况模型，与整车模型进行组合，可应用于子系统控制策略的验证和整车动力性经济性工况分析，如发动机控制策略、变速器换档策略、DCDC策略。

模型库功能

• 支持快速构建常见车型：提供不同类型的车型模型模板，可直接通过继承和重申明替换关键组件类型，快速完成整车模型的构建。

• 具备丰富的子系统模型：提供丰富的整车子系统组件模型，可构建不同子系统进行仿真验证。

• 能够与同元其他车辆相关模型库联合使用：模型库接口与同元其他车辆相关模型库一致，能够与电池模型库、动力学模型库联合使用构建整车案例。

应用场景

• 车辆动力性经济性分析：支持传统/混动和纯电动车型的动力性和经济性仿真分析，为整车系统选型和控制策略优化设计提供参考。

• 纯电动车续航分析：支持纯电动车在特定工况下的续航里程仿真分析，为BMS/DCDC参数优化设计提供参考。

• 子系统验证与优化：支持构建子系统模型，并对子系统的参数/控制策略设计优化提供参考。

• 能量管理分析：支持构建整车低压负载的测试工况模型，为整车能量管理设计优化提供数据支撑。

应用案例

如下图所示，参考传统燃油DCT车型架构，集成变速器模型、发动机模型、车身模型、制动和轮胎模型，驾驶员模型采用循环工况模型，通过设定NEDC循环工况速度曲线，完成车辆经济性仿真分析与验证，为变速器/发动机控制策略的优化提供参考。

左图 传统车动力性经济性仿真模型    右图 实际车速和目标车速@NEDC工况

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车辆动力学库-TADynamics

车辆动力学库包括驾驶员模型、道路模型、制动系统模型、转向系统模型、传动/驱动系统模型、悬架系统模型、车身模型。用户可根据实际需求搭建驾驶员控制模型，与整车动力学模型进行组合，应用于设计驾驶员控制算法开发和评估车辆动力学性能。同时模型库提供不同颗粒度的子系统模型，能够支持用户各子系统的控制算法开发需求。

模型库功能

• 支持快速集成整车模型：提供整车集成模型模板，可通过下拉菜单形式选择车辆各子系统类型，快速实现整车车型配置选型进行仿真，用户在不了解模型库的前提下，也能快速构建整车应用案例。

• 支持整车子系统动力学特性分析：模型提供子系统试验设置，用户能够基于模板构建子系统测试案例，如悬架系统的KC特性分析、转向系统转向传动比测试、悬架与转向系统集成测试。

• 提供多颗粒模型组件和模板，支持扩展模型库子系统和组件：提供多颗粒度子系统模型组件，如悬架系统模型组件，用户可基于组件构建新的悬架类型，也能够基于模板，替换悬架硬点信息，生成悬架模型。

• 提供两种不同道路模型：提供平坦道路模型和带有一定坡度的道路模型，并在动画演示中进行演示。

• 提供总线通讯模型：提供总线通讯模型，车辆子系统与驾驶员之间信号通过总线模型交互，模型库外观更加简洁，同时也更符合实际车辆中的通讯机制。

• 支持导入/导出FMU进行联合仿真：支持导入FMU模型与整车动力学模型进行联合仿真，提供了用于导出FMU的整车模型案例，可应用于与其他软件联合仿真。

应用场景

• 车辆纵向和横向控制算法开发：支持车辆研发前期阶段，验证车辆纵向动力学和横向动力学控制算法。

• 悬架KC特性分析：支持悬架KC试验台与悬架模型集成测试，适用于悬架子系统设计与验证。

• 子系统控制算法设计：支持子系统模型嵌入控制算法并集成至整车模型，适用于子系统控制算法开发与验证，子系统包括驱动传动系统、变速器系统、制动系统、悬架系统、转向系统、车身系统、轮胎系统。

应用案例

如下图所示，搭建前悬架系统为麦弗逊悬架，后悬架系统为多连杆悬架，四轮驱动的整车模型，驾驶员模型采用doubleChangeLane工况驾驶员模型，结合车身质心侧偏角、车轮垂向力等仿真结果，评估车辆横向稳定性，为车辆横向控制优化提供参考。

左图 整车动力学模型   右图 Double lane change工况

注：上述模型库可通过在官网申请试用，申请license时备注需要额外授权xx模型库，例如“需要额外授权TADynamic，TAEconomy等”。

此篇文章比较直观地介绍了各个模型库的应用领域。后续我们也会定期在公众号上对所述各类模型库进行详细介绍，统一整理在“同元车辆TA系列模型库”话题，敬请期待~

此外，如果大家有感兴趣的其他内容或疑问，也可以通过留言告诉小编，小编会及时给到大家反馈。