为精确分析车-机匹配策略，本文利用MATLAB/SIMULINK和CRUISE软件对整车性能及关键部件参数进行联合仿真计算。结果表明，所制定的匹配策略能实现汽车的动力性和经济性设计目标，并满足相应排放法规，为产品开发提供支持。

本文基于某款成熟的轻型商用车进行排放升级开发，提出动力性要与原车型相当，经济性优于原车型，排放性能满足国Ⅳ排放法规需求的目标。通过CRUISE软件建立整车动力学模型与MATLAB/SIMULINK软件建立排放关键工况点分析模型进行联合模拟仿真，对匹配策略的可行性及效果进行验证，同时提出需优化的排放关键工况点及可行的后处理措施，并为标定工作提供优化方向。

整车动力学模型建立

1．整车模型

本文提及的匹配轻型柴油车的车型为一款中高端多用途车，属N1类车型。

2．发动机模型

此轻型商用车搭载的发动机已匹配其他车型完成国Ⅳ排放标定。现基于已有万有特性建立发动机模型。

3．传动系模型

传动系模型包括变速器、主减与轮胎模块。设定主减速比为浮动值，体现多种传动系速比方案。各模块基本参数如表1所示。

4．阻力模型

根据国标规定，型式核准试验时可以以道路滑行阻力或者查表阻力进行加载。

本车型两种阻力状态如图1所示，可以看出，道路滑行阻力更有利于排放，故仅对滑行阻力下整车排放性能进行分析。

5．试验规程模型

根据GB 18352，在型式核准试验时，厂家可根据需要选择使用超速挡，并可通过修改整车使用说明书等措施，采用1挡或2挡起步。本车型可采用图2所示几种试验规程。

排放关键工况点分析

模型建立

1．排放控制关键工况点建立

在整车进行NEDC循环排放试验时，等速工况占有较大时间份额；同时根据经验，加速工况对污染物排放贡献较大。基于此，将特定等速工况及加速始末点工况作为排放控制关键点进行定义（见表2）。

2．排放分析模型建立

根据微积分原理，模拟计算时，采用特定步长ΔT，将循环工况分解为无数细小工况，在这些细小工况中，可认为发动机处于稳态工况。

特定步长分为定步长ΔT定与变步长ΔT变，在怠速、等速及等加速度加减速工况，可采用定步长ΔT定来计算；在各种工况衔接处采用变步长ΔT变进行计算。当特定步长足够小，认为此时发动机的污染物排放速率f（g/h）为恒定值，则可求得整个NEDC循环排放物的质量M及每公里排放物质量k（g/km）。

3．排放关键点重要度求取

根据特定步长，求出所有排放点工况（转速n、转矩T等），将其带入发动机万有特性图中（注意：此时纵坐标为转矩0-Tmax，横坐标为0-Tmax/Nmax×n），按照就近原则，求得各关键工况点在整个排放工况中所占百分比，即为此点的重要度（见图3）。

整车动力学模型与排放关键工况点分析模型联合仿真

根据参考样车的基础数据建立整车动力学CRUISE模型（见图4），根据MATLAB/SIMULINK平台搭建的排放关键工况点分析模型如图5所示，通过对数据变量的流动进行定义，把排放关键工况点分析模型嵌入CRUISE模型。

仿真结果

1．整车性能

设置主减速比由3～4.5浮动，浮动间隔为0.3。通过模型分析可知，在滑行阻力模式下，各种试验方案整车裸排值如图6和图7所示。

可实现国Ⅳ排放标准的匹配方案如表3所示。结合整车经济性、动力性要求，综合考虑试验方案实现的难易程度，选定最优方案。如图8所示，选择主减速比3.3，可同时满足动力性、经济性需求。

选择主减速比3.3时，试验方法2与试验方法4均可满足排放标准。考虑实施方便性，试验方案2为最优方案。此时NOx与PM优于国Ⅳ劣化限值约18%与12%。有足够的裕度，后处理可考虑仅采用DOC方案。

2．排放关键工况点重要度分析

如图9所示，圆心为排放工况点，圆圈大小代表各点所占时间比例。除A、B外，其余关键点均位于低排放区域（<50g/h），可优化空间较小，具有优化价值的是A点与B点。

整车试验验证

根据以上分析，选用主减速比3.273，按照试验方案2进行整车转毂试验验证。

如表4所示，在排放性分析中，NOx与PM计算值与试验值误差较小（5%以内），CO及HC误差较大。根据经验，影响整车排放结果的核心是NOx与PM、CO及HC可通过DOC催化装换，对排放结果影响较低。

如表5所示，动力性经济性试验结果满足开发目标，且与计算值误差较小（5%以内）。

结论

本文基于某款轻型商用车完成排放升级开发，并达到要求性能目标，利用MATLAB/SIMULINK和CRUISE软件对整车性能进行仿真计算，结果表明：

（1）针对本车型所制定的匹配策略，使整车排放工况点处于发动机排放较低区域，可以很好地满足整车排放升级及动力性经济性目标。

（2）软件仿真结果与实车验证结果较为接近，可满足整车设计开发初期对整车硬件选型、匹配策略制定、可行性研究及后处理技术路线选择提供支持，有效缩减开发时间，控制开发成本。

（3）通过对排放控制关键工况点进行求取及分析，为发动机台架标定工作提供方向和依据，有利于后续工作的开展。

综上所述，所制定的匹配策略能实现汽车的动力性和经济性设计目标，并满足相应排放法规，为产品开发提供支持。