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当前，汽车行业正在经历巨大的转型和变革，主要体现在以下几个方面。
（1）新能源汽车的崛起：新能源汽车是汽车行业的发展方向之一，包括纯电动车、混合动力车等，受到政府政策的支持和消费者需求的推动。
（2）智能化和互联网化：智能化和互联网化是汽车行业的另一个发展方向，包括车联网、自动驾驶、智能交通等。
（3）共享经济：共享经济的兴起也正在影响汽车行业的发展，如汽车共享、拼车等，符合年轻一代的消费观念。
（4）车辆安全和环保：车辆安全和环保问题也越来越受到关注，汽车制造商将不断提升车辆的安全性能和节能环保性能。
随着智能汽车技术的进步，汽车的复杂度持续提升，智能汽车的开发复杂度越来越高。影响或滞缓智能汽车产业升级发展的主要原因有以下四点。
（1）用户体验富集带来的复杂度提升。随着智能化的发展与普及，用户驾乘体验逐渐从传统的交通工具向第三空间扩展，汽车使用的场景、用户功能等均在大幅度扩展，成百上千的场景、功能组合形成了现在越发复杂的智能汽车体系。
（2）技术进步带来的复杂度提升。如对越来越大的电池能量密度的追求和对快充性能的追求带来了严峻的电池安全挑战；人工智能、5G通信、云计算等多种数据驱动汽车向智能化不断进化的同时，也大幅度增加了软硬件开发复杂度。
（3）竞争带来的堆料、堆配置，以及各种选配等模式导致汽车配置多样性、复杂度快速增长。
（4）监管和法规带来的复杂度提升。智能化、网联化赋予汽车智能、便捷体验的同时，也带来了黑客攻击、数据滥用等严重的安全问题。
针对上述问题，系统建模与仿真技术通过虚拟测试与验证，可以降低开发成本，缩短开发时间，提高产品质量与可靠性；可以对设计方案与性能进行优化，并支持复杂系统集成，以应对多样化需求，从而促进智能汽车产业的发展。
“仿真”一词最早出现于20世纪50年代，并与计算机一词共同使用，当时被称为计算机仿真。20世纪90年代初，美国国防部将“计算机仿真”更新为“建模与仿真”，来强调建模的重要性。经过几十年的发展，仿真技术已经日渐成熟，并经常用于解决各个学科中比较复杂的问题。“仿真”一词经常与“虚拟”同时出现，“仿”是模仿，“真”是真实，仿真的意思就是“模仿真实”。
1.物理仿真阶段（很久以前—1940年）
仿真是一直存在的，只不过以前没有这个名字。仿真技术在航天领域得到了很好的应用，一般以航天飞行器运行情况为研究对象，如1930年左右，美国陆、海军航空队采用了林克仪表飞行模拟训练器，当时其经济效益相当于每年节约1.3亿美元而且少牺牲了524名飞行员。之后，固定基座及三自由度飞行模拟座舱陆续投入使用。
2.模拟仿真阶段（20世纪40—50年代）
虚拟仿真技术采用模拟计算机仿真技术，到了20世纪50年代末期，开始采用模拟/数字混合仿真方法。模拟计算机仿真根据仿真对象的数字模型将一系列运算器（如放大器、加法器、乘法器、积分器和函数发生器等）以及无源器件（如电阻器、电容器、电位器等）相互连接而形成仿真电路。通过调节输入端的信号来观察输出端的响应结果，进行分析和把握仿真对象的性能。模拟计算机仿真对分析和研究飞行器制导系统及星上设备的性能起着重要的作用。1950—1953年，美国首先利用计算机来模拟战争，防空兵力或地空作战被认为是具有最大训练潜力的应用范畴。
3.数字仿真阶段（20世纪60—70年代）
在这二十年间，虚拟仿真技术大踏步地前进了一步。进入20世纪60年代，数字计算机的迅速发展和广泛应用使仿真技术由模拟计算机仿真转向数字计算机仿真。数字计算机仿真首先在航天航空领域得到了应用。数字仿真工具接近于如今的计算机原型，只是当时做仿真的时候，屏幕上没有这么多花花绿绿的图形，而都是数字和一串串代码，不过对于当时来说，这已经很好了，毕竟有一个擅长计算的工具可以帮助解决物理问题。
4.虚拟仿真阶段（20世纪70年代—今天）
自20世纪70年代以来，随着信息技术、计算机技术、计算机网络技术、图形图像处理技术等的飞速发展，人们开始在计算机中描述和建立客观世界的客观事物以及它们之间的关系。20世纪80年代初正式提出了“Virtual Reality”（虚拟现实）一词。虚拟现实是一种由计算机全部或部分生成的多维感觉环境，给参与者提供视觉、听觉、触觉等各种感官信息，使参与者有身临其境的感觉，同时参与者从定性和定量综合集成的虚拟环境中可以获得对客观世界中客观事物的感性和理性的认识。沉浸-交互-构思（Immersion，Interaction，Imagination）是虚拟现实具备的三个基本特征。虚拟技术的应用很广泛，典型的应用有虚拟样机、飞行模拟器、虚拟战场等。以虚拟样机为例，最有代表性的是美国波音777飞机，它的研制生产几乎到了“无图纸”的地步。SGI（Silicon Graphics Inc.）计算机不仅提供了一个集成制造系统，而且给出了虚拟样机，软件CATIA可以调出300万个零件中的任何一个进行修改，光纤链路把地理位置分布很远的协作厂连接在一起。波音777飞机的研制、整机设计、部件测试、整机装配以及各种试飞都是在计算机上完成的。产品不仅质量好，而且开发周期由原来的8年降为5年，节约经费数以亿美元计。
虚拟技术的出现并不意味着仿真技术趋向淘汰，而恰恰有力地说明了仿真和虚拟技术都随着计算机图形技术的发展而迅速发展，系统仿真、方法论和计算机仿真软件设计技术在交互性、生动性、直观性等方面取得了比较大的进步。先后出现了动画仿真、可视交互仿真、多媒体仿真和虚拟环境仿真、虚拟现实仿真等一系列新的仿真思想、仿真理论及仿真技术和虚拟技术。
从物理仿真，到模拟仿真，到数字仿真，再到虚拟仿真，仿真技术一步一步从现实走向虚拟，从简单走向复杂，从简单结构走向多领域复杂系统，承载着越来越重要的使命，也为科研、工程、教育等多个领域开辟了前所未有的探索空间和实践可能。
1.Modelica技术背景
自从人类第一次提出方程的概念，建模仿真的思想就正式诞生了，并贯穿于人类科技发展的各个阶段。在科学技术飞速发展的今天，人们对建模技术提出了更高的要求，其中多领域统一建模就是一个重要的发展趋势。统一建模语言具有领域无关的通用模型描述能力，采用该语言进行建模能够实现复杂系统不同领域模型间的无缝集成。
随着面向对象建模语言研究的不断深入，逐渐出现了多种建模语言并存导致模型定义与转换混乱的问题，为此，欧洲仿真协会EUROSIM于1996年组织瑞典等6个国家建模与仿真领域的14位专家，对多领域统一建模技术展开研究，提出通过国际合作，研究设计下一代多领域统一建模语言Modelica，并于2000年成立非营利的国际仿真组织——Modelica协会。该协会每隔一年半组织一次Modelica学术会议，交流和探讨Modelica相关理论和应用的研究进展，并基于Modelica开展领域知识模型库建设与维护。
2.Modelica介绍
Modelica是基于微分代数方程计算的动态性能仿真模型二次开发语言，支持连续和离散系统建模与仿真计算，可跨越不同领域，方便地实现大型、复杂、多种学科组成的物理系统的建模。Modelica与其他面向对象的语言（如C++、Java等）不同，后者主要用于软件开发领域，不适用于工程数学建模，而Modelica则为工程领域建模工程师提供一种方便、简单、可用于仿真模型二次开发的语言和技术。
Modelica由位于瑞典林雪平的非营利组织Modelica协会开发和维护，其适用于多领域建模，如航空产品中的机械、电子、液压、控制等领域建模。Modelica模型用微分、代数和离散方程描述，无须人工求解特定的变量，支撑Modelica的工具可以自动求解（已有专门的算法可对超过10万个方程的大型模型进行处理）。Modelica适合并已应用于半实物仿真和嵌入式控制系统。
3.Modelica特点
1）基于方程的陈述式建模
Modelica模型的数学描述是微分、代数和离散方程（组），相关的Modelica工具能够决定如何自动求解方程变量，无须手工处理。Modelica能够使开发者集中精力于建立对象的数学模型，而不必过分关心模型求解和编程实现的过程，Modelica能够提高建模的效率以及模型的可重用性。图1-1为采用Modelica进行建模的示例，Modelica不必关心求解与编程细节，而是聚焦数学公式建模。
图1-1 基于Modelica的建模示例
2）多领域统一建模和非因果建模
多数通用仿真软件（如Simulink）采用的信号框图建模中，图形与实际设备的物理连接关系差异较大。图1-2为采用Simulink建立的简单电机驱动模型。Simulink建模过程要求用户熟悉物理系统的数学模型细节及信号框图传递的前后因果关系。Simulink模型的重用性差，物理结构中的一个小的变化，可能会导致系统模型发生大的更改。
图1-2 基于信号框图的电机驱动模型
Modelica采用直观的连接图和方块图混合建模的方式，能够清晰地展现物理系统的实际拓扑结构。图1-3为采用Modelica建立的与图1-2相同的电机驱动模型。Modelica模型特点：结构化、面向对象、直观反映物理系统、易于维护、易于模型重用。
图1-3 基于Modelica的电机驱动模型
3）统一标准
Modelica既是一种建模语言，也是一种模型交换规则。基于Modelica可以统一物理建模标准，开展自主模型开发，形成具有自主知识产权的模型库。
基于Modelica的多领域统一建模方法为复杂机电产品设计、分析与优化奠定了基础，目前在欧洲、美国、加拿大、中国、日本等国家和地区研究发展迅猛，市场上已有成熟的软件工具，国外软件的代表有Dymola和SimulationX。在中国，最成熟的基于Modelica的系统仿真软件是MWORKS.Sysplorer。这些软件已在航空航天、汽车、电力等领域的仿真中得到了广泛应用，德国航空航天中心、中国航天科技集团、中国商飞、中国核动力研究设计院、福特、丰田、宝马等均已开始采用Modelica进行多领域系统的工程化仿真应用。