如何在产品研发初期分析判断产品对法规标准的满足程度是当前动力总成与整车产品研发的一项重要任务，本文通过应用Cruise软件，分析了某轻型柴油车在预研过程中对排放污染物的达标性。

随着汽车尾气排放日渐成为大气污染的重要污染源，各国政府纷纷推出相应的法规标准来限制汽车污染物的排放。在我国，目前正在实施第四阶段轻型汽车污染物排放限值（简称国Ⅳ），不久的将来，国Ⅴ限值标准也即将逐步落实。

图1  车辆阻力对比

为适应新的排放要求，在柴油车的国Ⅴ技术路线上，一般采用DOC+SCR技术路线或者DOC+DPF技术路线。采用DOC+SCR技术路线，对于排放物中NOx更易控制，但由于其复杂的系统与较大的体积及相对来昂贵的成本，在轻型车上的应用受到限制；采用DOC+DPF技术路线，NOx则完全由发动机本身决定，后处理系统将不再起作用。因此，本文将主要分析在产品预研过程中如何准确地分析NOx排放物的达标情况。

图2  发动机NOx排放特性曲线

排放目标的确定

本文中匹配车型为一款中级商务车型，排放开发目标为国Ⅴ水平，整车基本参数详见表1，根据其质量与承载参数，排放要求应属于轻型车第二类车第Ⅲ级别要求；

根据国Ⅴ排放限值要求（二次征求意见稿）、结合标准要求的劣化系数、针对排放结果可控性定义的安全余量、由于DPF系统而必须考虑的Ki再生劣化系数等，计算整车排放工程目标，见表2。

排放分析模型的建立

1. 整车阻力模型

根据标准，排放测试有两种阻力加载模式：一种为滑行阻力法，根据整车实际道路滑行阻力结果进行加载；另一种为查表阻力（单点法加载）法，根据标准的固定系数加载，该方法在理论分析过程中，还需加上车辆驱动轮滚动阻力与传动系内阻才能输入。通过对比本项目中的两种阻力状态知，道路滑行阻力更有利于排放目标的达成（见图1）。

图3  发动机比油耗特性曲线

2. 传动系统模型

传动系统包括变速器速比、主减速器速比直至轮胎，由于要分析排放目标的达成性，所以本文将主减速器速比设置为浮动值，以选择最优的匹配状态，各零部件输入参数详见表3。

3. 发动机模型

在本项目中，发动机的基本型为某国Ⅳ排放基础上的轻型柴油机，本项目的研究目的也是要分析在其发动机基本型基础上还需做什么样的努力才能达到国Ⅴ排放水平，因此发动机的模型除外特性外，还要输入其原比油耗曲线与NOx排放曲线，分别见图2和图3。

图4  油耗、NOx排放与主减速比关系曲线

仿真结果分析

1. NOx排放与主减速比匹配关系分析

通过设置主减速比由3～4.4，应用Cruise分析软件，应用标准规定的NEDC循环工况，得出在各个主减速比下的NOx排放值与整车油耗（见表4）。

将计算的结果与表2的整车裸排目标值进行对比，并将整车油耗值与NOx排放值进行对比，可以看到，本项目中的整车油耗随着主减速比的增加呈线性增加趋势，当主减速比在3.4附近时，整车的排放值最小，因而优先选择3.4主减进行匹配，但同时也表明，在现发动机的原排放条件下，无论传动系如何匹配，整车都不能满足要求。

图5  关键工况在排放曲线中的分布

2. NOx排放关键工况点分析

根据上述结论，当前匹配状态不可能满足国Ⅴ中的NOx排放标准要求，因此需要具体分析在整车的排放循环工况中的重点排放工况点。

在整车排放工况中，最主要的排放点为等速工况与车辆加速的过渡工况，现选择其各关键工况点，分析各点排放位置与时间占比，见表5与图5。

从图5中可以看出，除A、B、C三点外，其余各点均处于NOx值31.2 g/h的范围内，能够优化的区间非常小，因此在发动机的优化设计过程中，最关键的措施是优化A、B、C三点。

结论

本文通过应用Cruise软件分析得出，在本车型的排放匹配中，仅通过传动比的优化而实现国Ⅴ的排放目标并不可行，只有同时对影响整车的排放关键点进行分析及对具体的工况点进行优化，才能进一步使整车满足国Ⅴ中NOx排放标准。