[科普]数字孪生在汽车技术中的应用

最近⼯信部中国电⼦技术标准化研究院发布了《数字孪⽣⽩⽪书》，⼀下⼦数字孪⽣技术成为了⾏业热点。跟着⼩星详细了解⼀下数字孪⽣的技术细节、未来趋势和在汽车技术中的应⽤吧。

↑数字孪⽣的航空发展背景

数字孪⽣“Digital Twin”概念最早出现在航空航天领域并得到⼤⼒推⼴。NASA在2010年提出数字孪⽣，并定义为“集成了多物理量、多尺度、多概率的系统或飞⾏器仿真过程”。此后数字孪⽣在飞⾏器健康管理中⼴泛应⽤，进⽽在机⾝设计与维修、飞⾏器能⼒评估、故障预测等⽅⾯发挥越来越重要的作⽤。

↑数字孪⽣在电⼒系统的应⽤

数字孪⽣技术起源于航空航天领域，随着它的逐渐成熟得到越来越⼴泛的传播。先进数字孪⽣还被应⽤于电⼒、船舶、农业、建筑、制造和城市管理等领域中。得益于与互联技术、⼤数据、云计算和⼈⼯智能等新技术的结合，数字孪⽣技术演进的更准确更灵活，从⽽成为了⾏业热点⽽饱受重视。

↑数字孪⽣在⾃动化电机状态监控中的应⽤

现代数字孪⽣技术经过不断完善后具备如下特点和优势。⾼度准确：数字孪⽣的数字虚拟模型与物理实体⾼度接近。

实时性：数字孪⽣中物理对象与数字空间能够实时连接动态交互。可扩展性：数字孪⽣能够针对多尺度、多层级的模型内容进⾏扩展。

↑传统仿真技术

数字孪⽣技术与传统仿真技术的不同

传统仿真技术基于数字模型对特定条件进⾏数学求解，它已经在声⾳仿真、发动机仿真和航空空⽓动⼒仿真等⽅⾯得到⼴泛应⽤。⽽数字孪⽣需要包括仿真、实测、数据分析在内的⼿段对物理实体状态进⾏感知、诊断和预测。它⽐较传统仿真具有实时性能够实时连接物理世界，并且具备分析优化功能。

↑数字孪⽣在汽车技术中的应⽤

⽬前数字孪⽣在汽车技术中设计和制造及使⽤⽅⾯得到了⼴泛应⽤。⽐如电动汽车电池就可以通过数字孪⽣技术耦合抽象成设计模型和车辆仿真器。从⽽基于电池的数字孪⽣进⾏闭环实时的车辆系统控制。数字孪⽣技术可从电池组级别向下细分⾄电芯1D物理模型和降阶模型，从⽽灵活按照不同车型和电池组设计进⾏适配和分析诊断。

↑数字孪⽣在电动汽车应⽤中的细节

数字孪⽣在电动汽车中主要应⽤于动⼒电池、动⼒电机、发电机及发动机等关键部件的实时监控和诊断。以动⼒电池数字孪⽣为例，通过对温度、电量、阻抗和电压电流曲线等物理量的仿真和实时对应，数字孪⽣不仅抽象出电池组模型⽽且⽣成细节电芯级模型。数字孪⽣基于实时测量和上报数据以及历史数据进⾏车辆仿真和控制。换句话说，物理世界的真实空间和云端的数字孪⽣进⾏对应，从⽽更全⾯的分析车辆⼯作状态，提前预测早期问题。

↑动⼒电池数字孪⽣的系统组成

具体来说动⼒电池数字孪⽣的系统组成包括数据产⽣侧的电池系统、数据感知的电池管理系统从机、数据收集的互联装置、数据存储的云端、数据分析的软件API和数据可视化的⽤户界⾯UI。⽽电池模型的建⽴⽬前主流⽅法为基尔霍夫模型⽅法，或者说将电池抽象成复杂的阻容结构，便于动⼒电池物理实体的数字化。

↑基于基尔霍夫的电池数字化

综上所述，⽬前数字孪⽣已经在包括航空、电⼒、⾃动化及汽车等领域⼴泛应⽤。它具有⾼度精确、实时性和可扩展性的特点。⽽数字孪⽣在电动汽车中主要应⽤于动⼒电池、动⼒电机、发电机及发动机等关键部件的实时监控和诊断。希望今天⼩星的介绍能让⼤家对数字孪⽣相关技术细节有个深⼊的了解。