《车用柴油机排放虚拟仿真测试方法》

ICS27.020

CCSJ091

团体标准

T/CICEIA/CAMSXXXX-XXXX

车用柴油机排放虚拟仿真测试方法

Dieselengineemissionsvirtualsimulationtestmethod

（征求意见稿）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

202X-××-××发布202X-××-××实施

中国内燃机工业协会

发布

中国机械工业标准化技术协会

T/CICEIA/CAMSXXXX-XXXX

车用柴油机排放虚拟仿真测试方法

1范围

本文件规定了车用柴油机排放虚拟仿真测试的仿真测试流程、模型与系统搭建、虚拟模

型集成与调试、测试步骤及测试结果分析等内容。

本文件适用于M2、M3、N1、N2和N3类及总质量大于3500kg的M1类汽车用柴油机。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期

的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改单）适用于本文件。

GB/T18297-2024汽车发动机性能试验方法

GB17691-2018重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）

T/CSAE431-2025柴油机电控系统硬件在环仿真平台开发技术要求

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

柴油机虚拟模型dieselvirtualmodel

能够实时模拟实际柴油机进排气特性、燃油喷射特性、传热特性及燃烧特性的虚拟模型。

3.2

后处理虚拟模型aftertreatmentvirtualmodel

能够实时模拟实际后处理化学反应动力学特性的虚拟模型。

3.3

硬件在环系统hardware-in-the-Loopsystem

将真实控制器硬件直接放入仿真回路中，与计算机仿真物理模型进行实时交互的仿真系

统。

3.4

板卡boardcard

模拟传感器的信号输出或采集执行器驱动信号等功能的硬件电路。

4仿真测试流程

图1描述了车用柴油机排放虚拟仿真测试流程，步骤如下：

a）搭建柴油机虚拟模型、后处理虚拟模型、硬件在环系统；

1

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b）将柴油机虚拟模型、后处理虚拟模型集成到硬件在环系统上，进行虚拟模型开闭环

调试；

c）进行WHTC、WHSC、WNTE排放虚拟仿真测试；

d）进行虚拟仿真测试结果分析。

图1车用柴油机排放虚拟仿真测试流程

5模型与系统搭建

5.1柴油机虚拟模型

5.1.1模型实时性

实时因子（real-timefactor）是模拟时间与真实时间的比值。正常情况下，理想值为1，

即模拟时间与现实时间同步。若实时因子大于1表明模拟时间比真实时间慢，无法实现实时

模拟；若实时因子小于1表明模拟时间比真实时间快，可实现实时模拟。

柴油机虚拟模型在虚拟台架上稳态运行的实时因子宜小于0.7，瞬态运行的实时因子应

不大于1，这样能确保模型实时模拟过程不出现模型溢出的问题。

5.1.2模型组成

2

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柴油机虚拟模型由进气系统、排气系统、供油系统、燃烧系统、冷却系统五个系统组成，

各子系统技术路线应与被控对象的机型结构一致。

柴油机虚拟模型中各子系统的仿真计算应至少包括表1所示的输出变量。

表1系统输出变量列表

序号柴油机模型子系统输出变量

压气机进口温度压力、压气机出口温度压力、中冷器后温度压力、进气节

1进气系统

流阀后进气管道温度压力、进气总管气体流量、增压器转速

涡轮机进口排气温度压力、排气流量、废气再循环装置（EGR）前后废气

2排气系统温度压力、通过EGR阀的废气流量、涡轮机出口排气温度压力、排气节

流阀后气体温度压力、排气制动蝶阀后气体温度压力

3供油系统燃油供给流量、燃油温度、共轨管内燃油压力、单缸喷油器每循环喷油量

柴油机转速、燃烧放热率、缸内压力、发动机输出扭矩、摩擦扭矩、排气

4燃烧系统

气体温度、排气组分（THC、CO、NOx、O2）

5冷却系统机油温度压力、冷却液温度、风扇转速

5.2后处理虚拟模型

5.2.1模型实时性

模型实时性要求参照5.1.1。

5.2.2模型组成

后处理虚拟模型由催化氧化器（DOC）系统、颗粒捕集器（DPF）系统、催化还原器（SCR）

系统组成，各子系统技术路线应与被控对象的机型结构一致。

后处理虚拟模型中各子系统的仿真计算应至少包括表2所示的输出变量。

表2系统输出变量列表

序号后处理模型子系统输出变量

DOC前燃油喷射量、DOC下游排气温度压力、DOC下游排气组分（THC、

1DOC系统

CO、NOx、O2）

DPF下游温度压力、DPF下游排气组分（THC、CO、NOx、O2）、DPF

2DPF系统

当前碳载量、DPF再生碳载量

SCR入口尿素喷射量、SCR氨储量、SCR下游排气温度压力、SCR下游

3SCR系统

排气组分（THC、CO、NOx、O2、NH3）

5.3硬件在环系统

硬件在环系统由HIL系统、测控系统、标定系统、硬件机柜组成，各子系统的系统组成

要求应至少包括表3所示内容。

表3系统组成要求列表

序号硬件在环子系统系统组成要求

1HIL系统HIL工控机，HIL软件进行实时仿真应用的搭建、编译和下载

2测控系统测控工控机，测控软件进行模型运行控制、测量与数据记录

3标定系统标定工控机，标定软件进行与控制器通讯、标定与测量

4硬件机柜电源模块、板卡组、实时机、控制器、线束、负载单元

6虚拟模型集成与调试

3

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6.1开环调试

硬件在环系统的开环调试是系统搭建的第一阶段工作，主要完成控制器与板卡通道的线

束连接、板卡通道的配置、开环模型和实时应用的创建、各项开环控制功能的确认。开环调

试需保证控制器需求的各种信号可以正确模拟，控制器不报错、执行器驱动信号被正确测量，

到闭环调试阶段能够给柴油机模型和后处理模型提供正确的输入。开环调试过程中信号误差

应符合T/CSAE431的要求。

开环调试步骤如下：

a)系统需求分析和硬件准备；

b)开环模型搭建；

c)实时应用创建和编译；

d)开环功能确认。

6.2闭环调试

开环调试通过后进行闭环调试，用闭环测试结果验证虚拟仿真平台的功能测试精度及性

能排放预测精度。闭环调试应满足如下要求：

a)闭环测试过程中，虚拟仿真平台每个步骤的响应时间或迟滞时间应保持一致，各步

骤之间的时间偏差不大于1ms；

b)闭环测试结果与发动机台架数据（基准参数）对比，精度偏差应符合6.4的要求；

c)测试结果应具备可复现性，每两次测试结果偏差不大于5%。

6.3预试验测试

24V电源接通、ECU上电，测控系统控制虚拟柴油机起动，起动后怠速模式运行（3~5）

min。切换转速/油门模式控制柴油机到额定工况运行（5~10）min，额定工况运行期间，通

过模型接口调整运行边界参数（包含环境温度、环境压力、喇叭口进气负压、中冷压降、排

气背压、出水温度、机油温度），确保符合柴油机设计开发要求。

6.4模型仿真精度要求

按照GB/T18297-2024标准进行万有特性试验，记录性能、排放关键参数并与基准参数

进行对比，关键参数的仿真精度应满足表4要求。

表4关键参数仿真精度要求

序号仿真变量工况及要求偏差要求

1进气流量±5%

2燃油消耗率±3%

3最高爆发压力±10bar

4增压器转速±3%

稳态工况

5烟度（后处理前）满足偏差要求的工况±15%

需覆盖至少80%

6氮氧化物排放（后处理前）±10%

7氮氧化物排放（后处理后）±10ppm

8总碳氢、一氧化碳排放（后处理前）±15%

9总碳氢、一氧化碳排放（后处理后）±15ppm

4

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表4（续）

序号仿真变量工况及要求偏差要求

10氨气排放（后处理后）±5ppm

11进气总管温度±10℃

12进气总管压力±10kPa

13排气温度±20℃

稳态工况

14排气压力满足偏差要求的工况±20kPa

需覆盖至少80%

15后处理温度±20℃

16后处理压力±10kPa

7测试步骤

7.1WHTC虚拟仿真测试

7.1.1WHTC测试准备

瞬态循环WHTC（worldharmonisedtransientcycle）按GB17691-2018附录C规定执行，

测试准备如下：

a)按照GB/T18297-2024标准进行外特性试验、调速特性试验，进行瞬态外特性测试，

以得到柴油机的转速-扭矩曲线。按照GB17691-2018WHTC循环的转速、扭矩规范

百分值转化成实际值，以形成WHTC基准循环。

b)连续运行2~3遍WHTC循环，通过测控系统控制虚拟柴油机停机，虚拟模型在实时

机内保持运算状态。

7.1.2冷起动测试

通过模型接口调整运行边界，确保柴油机的润滑剂、冷却剂和后处理系统的温度均达到

293K~303K（20℃~30℃）范围后，进行冷起动循环试验。

测控系统控制虚拟柴油机起动，起动后应立即进行冷起动测试。

虚拟柴油机开始运行后，测试循环控制应初始化使柴油机从循环的起始点运行。完成冷

起动排放循环测试后应立即停机。

若柴油机在冷起动测试循环期间停机，则测试无效。柴油机需按要求重新预处理后再次

进行测试。

冷起动测试完成后应对照基准循环进行实际转速、扭矩和功率的回归分析，并对整个循

环的柴油机实际功率进行积分，计算出实际循环功。实际循环功和基准循环功的偏差在规定

范围内，则判定试验有效。

7.1.3热浸期

在完成冷起动循环测试后应立即进行10min±1min的热浸期作为柴油机热起动循环测试

的预处理。热浸期内虚拟模型在实时机内保持运算状态，模拟柴油机自然冷却的过程。也可

以根据实际热浸期的特性在虚拟台架进行一键置位模拟热浸过程，无需真实等待

10min±1min。

5

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7.1.4热起动测试

热浸期结束后，通过柴油机测控系统控制虚拟柴油机起动，起动后应立即进行热起动试

验。虚拟柴油机开始运行后，测试循环控制应初始化使柴油机从循环的起始点运行。

若柴油机在热起动测试循环期间停机，则测试无效。柴油机需按要求重新热浸，再次进

行测试，此时冷起动测试不需重做。

7.2WHSC虚拟仿真测试

7.2.1WHSC测试准备

稳态循环WHSC（worldharmonisedsteadystatecycle）按照GB17691-2018附录C规定执

行，测试准备如下：

a)按照GB/T18297-2024标准进行外特性试验、调速特性试验，进行瞬态外特性测试，

以得到柴油机的转速-扭矩曲线。按照GB17691-2018WHSC循环的转速、扭矩规范

百分值转化成实际值，以形成WHSC基准循环。

b)连续运行2~3遍WHSC循环，通过测控系统控制虚拟柴油机停机，虚拟模型在实时

机内保持运算状态。

7.2.2WHSC虚拟仿真测试

通过柴油机测控系统控制虚拟柴油机起动，在WHSC循环工况的第9工况（13个工况顺

排的第9个工况）下运行至少10min进行预置，预置后柴油机停机，虚拟模型在实时机内保

持运算状态。

在预置后（5±1）min，虚拟柴油机起动，起动后运转1min，将柴油机调整到WHSC测试

循环的第一个工况点（怠速）开始测试循环运行。

柴油机按每工况规定的时间运行，在20s±1s内以线性速度完成柴油机转速和扭矩切换。

如果柴油机在测试循环期间停机，应终止测试，按要求重新进行测试。

测试完成后应对照基准循环进行实际转速、扭矩和功率的回归分析，并对整个循环的柴

油机实际功率进行积分，计算出实际循环功。实际循环功和基准循环功的偏差在规定范围内，

则判定试验有效。

7.3WNTE虚拟仿真测试

非标准循环（WNTE）按照GB17691-2018附录E规定执行。

柴油机转速范围为N30至nhi之间的区域。

柴油机扭矩范围包括扭矩大于等于柴油机发出的最大扭矩值30%的所有柴油机负荷点。

WHSC测试通过后再进行WNTE测试，WNTE测试开始前应按照WHSC循环第9个工况

点进行3min预处理，结束后立即开始测试。

柴油机应在各随机测试点运行2min，包括从前一稳态测试点的过渡时间。在测试点之

间柴油机转速和负荷过渡应为线性，持续时间为20s±1s。

注：N30是WHTC循环包括怠速在内的所有转速频率累积的30%所对应的柴油机转速，nhi为70%最大净

功率时对应的最高发动机转速。

8测试结果分析

6

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完成WHTC、WHSC和WNTE循环测试后，循环参数的记录应停止工作。在计算循环功

之前，应删除柴油机起动期间的任何记录。整个测试循环的实际循环功的确定应基于柴油机

反馈的转速和扭矩值计算瞬时功率。对整个测试循环瞬时功率进行积分得到实际循环功。将

实际循环功与基准循环功进行比较，实际循环功应在（85%~105%）基准循环功之间。

对WHTC和WHSC循环，转速、扭矩和功率进行基于基准值和实际值的线性回归分析。

为将反馈信号相对于实际循环和基准循环之间的时间滞后带来的偏差影响降至最小，整个柴

油机转速和扭矩反馈信号序列在时间上可以提前或滞后于对应的基准转速和扭矩序列。若实

际信号移位，则转速和扭矩两者都需向同一方向转换同一序列量值。

应采用最小二乘法进行回归分析，对每条回归线都应计算实际值y基于基准值x的估算值

的标准偏差和相关系数。分析频率宜为1Hz，统计结果应符合表5和表6的标准值，测试方被

认为有效。

表5WHTC回归线允差

转速扭矩功率

y相对x的估算值的标准≤最大柴油机功率的

≤最高试验转速的5%≤最大柴油机扭矩的10%

偏差10%

回归线的斜率0.95到1.030.83到1.030.89到1.03

相关系数最小0.970最小0.850最小0.910

±20Nm或±2%最大扭矩，±4kW或±2%最大功率，

回归线的y截距≤怠速的10%

取其较大者取其较大者

表6WHSC回归线允差

转速扭矩功率

y相对x的估算值的标准

≤最高试验转速的1%≤最大柴油机扭矩的2%≤最大柴油机功率的2%

偏差

回归线的斜率0.99到1.010.98到1.020.98到1.02

相关系数最小0.990最小0.950最小0.950

±20Nm或±2%最大扭矩，±4kW或±2%最大功率，

回归线的y截距≤最高试验转速的1%

取其较大者取其较大者

按照7.1和7.2规定的标准循环完成柴油机台架污染物排放测试，按照7.3的规定完成柴油

机非标准循环排放测试（WNTE），排放计算参考GB17691-2018附录CA，将排放测试结果

填写至表7。

表7测试结果汇总

测试项目CO/g/kWhTHC/g/kWhNOx/g/kWhNH3/ppm

WHTC测试

WHSC测试

WNTE测试-

_________________________________

A

7

《车用柴油机排放虚拟仿真测试方法》标准编制说明

（征求意见稿）

一、工作简况

1.任务来源

本团体标准是2024年中国内燃机工业协会“关于下达中国内燃机工业协会

2024年度第三批团体标准制定计划的通知（中内协[2024年]51号）”中的计划项

目，标准项目名称《车用柴油机排放虚拟仿真测试方法》，项目编号

CICEIA2024018。该标准由潍柴动力股份有限公司牵头制定。完成时间2025年

12月。

2．主要工作过程

起草阶段：计划下达后，2024年11月成立了“车用柴油机排放虚拟仿真测试

方法”起草工作组，由潍柴动力股份有限公司担任起草工作，并提出进度安排。

工作组广泛搜集和检索了国内外的技术资料，经过大量的研究分析，结合行业实

际应用经验，全面地总结和归纳，在此基础上编制了标准工作组讨论稿。标准编

制工作组成员通过电话、电子邮件等方式，对标准的适用范围和主要技术内容进

行了研讨，初步达成共识，于2025年8月形成了征求意见稿。

3．主要参加单位和工作组成员及其所做的工作等

本标准由潍柴动力股份有限公司、XXX、XXX共同起草。

主要成员：XXX、XXX。

所做的工作：陈栋栋任工作组组长，全面负责组织起草。由XXX完成标准项

目制定及测试方法编制，由XXX完成标准内容会签与修订，XXX完成标准化审

查并对各方面的意见和建议进行归纳、分析，以及其他材料的编制。

二、标准编制原则和主要内容

1．编制原则

国家在“十四五”等规划中明确要求坚定实施数字化转型战略，汽车行业及

其他依赖柴油机的领域正面临深刻的数字化转型。硬件在环仿真测试技术在行业

内广泛应用于控制器功能测试，当前得益于仿真模型精度的不断提升，排放仿真

已具备充分条件，应用前景非常广阔，国内发动机研发单位及相关企业均已布局

相关技术。柴油机数字化转型依托仿真测试等技术不断深入开展。本文件规范了

车用柴油机排放硬件在环仿真测试方法。能够为柴油机排放仿真技术创新提供转

化载体，进而提升柴油机产业核心竞争力。有助于将硬件在环技术转化为实际生

产力，促进新技术、新产品的推广应用，从而推动柴油机技术的进度和升级。能

够有力确保柴油机开发质量和安全，提高研发效率、降低排放风险，从而增强产

业竞争力。有助于推动排放仿真体系的建立，促进仿真测试方法与规则达成共识。

对产业技术发展和行业标准化具有重要意义。

2．标准主要内容

本文件规定了车用柴油机排放虚拟仿真测试的仿真测试流程、模型与系统搭

建、虚拟模型集成与调试、测试步骤及测试结果分析等内容。

本文件适用于M2、M3、N1、N2和N3类及总质量大于3500kg的M1类汽车用

柴油机。

3.解决的主要问题

车用柴油机排放虚拟仿真测试，旨在实现车用柴油机全环境边界的排放测试，

以推动柴油机开发数字化转型发展，提升产品环境适应性。

本测试方法，采用仿真模型模拟柴油机、后处理等被控对象，模型与硬件在

环系统有机结合，实现车用柴油机及后处理的排放仿真测试。

随着全球范围内排放法规的日益严格，排放监管更侧重整车，更低的排放限

值也增强了对柴油机排放一致性的要求。与整车试验相比，台架试验边界受限所

以无法完成多环境边界的排放试验。虚拟仿真技术弥补了真实台架的弊端，能够

精准识别和量化全环境边界的柴油机排放水平，在柴油机台架开发阶段完成不同

环境边界排放测试。仿真测试标准的建立能够确保柴油机排放更有保障的满足法

规要求。

三、主要试验（或验证）情况分析

对柴油机排放虚拟仿真测试平台的测试验证采用开环测试、闭环测试验证的

形式。相关测试方法和使用工具在标准中给出。本标准提出的排放仿真测试方法

和闭环测试误差要求，都是在柴油机排放虚拟仿真测试平台搭建完成后经过大量

测试验证后得出的结论。模型的仿真精度要求是根据不同柴油机子系统的建模经

验和数据输入得出，经多年测试与验证，该指标能够满足柴油机排放虚拟仿真测

试和排放预测性评估要求，可节省实际柴油机台架资源、实现开发替代率70%以

上，并能降低排放风险，提升排放鲁棒性，大大提高研发效率和质量。对柴油机

排放虚拟仿真测试平台的测试验证采用开环测试、闭环测试验证的形式。相关测

试方法和使用工具在标准中给出。本标准提出的排放仿真测试方法和闭环测试误

差要求，都是在柴油机排放虚拟仿真测试平台搭建完成后经过大量测试验证后得

出的结论。模型的仿真精度要求是根据不同柴油机子系统的建模经验和数据输入

得出，经多年测试与验证，该指标能够满足柴油机排放虚拟仿真测试和排放预测

性评估要求，可节省实际柴油机台架资源、实现开发替代率70%以上，并能降低

排放风险，提升排放鲁棒性，大大提高研发效率和质量。

四、标准中涉及专利的情况

本标准不涉及专利问题。

五、预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况

标准的建立能够促进虚拟仿真技术的深入应用，有助于提升产品排放适应性、

缩减台架开发费用、实现产品快速迭代与放行。仿真测试标准的建立是提升产品

市场认可度、支撑行业技术发展的关键。

六、采用国际标准和国外先进标准情况

本标准没有采用国际标准。

本标准水平为国内先进水平。

七、与现行法律、法规、规章及相关标准，特别是强制性国家标准的协调性

本标准与现行相关法律、法规、规章及相关标准协调一致。

八、重大分歧意见的处理经过和依据

无。

九、标准性质的建议说明

本标准为推荐性标准，相关领域及企业可自愿采纳，如各企业可自由优化方

案，可执行企业自有标准。

十、贯彻标准的要求和措施建议

该文件制定完成并发布后，建议由中国内燃机工业协会标准化工作委员会在

行业企业内组织宣贯实施，推动企业及时采用本文件。企业可按照本文件的规定

和要求，对企业内部的标准（或技术文件）进行修订，或根据本文件的实施时间

拟定企标的整改过渡措施。

建议该文件的实施日期为正式发布后。

十一、废止现行相关标准的建议

无。

十二、其它应予说明的事项

无。

目次

前言..........................................................................................................................................................II

1范围..................................................................................................................................................................1

2规范性引用文件..............................................................................................................................................1

3术语和定义......................................................................................................................................................1

4仿真测试流程..................................................................................................................................................1

5模型与系统搭建..............................................................................................................................................2

6虚拟模型集成与调试......................................................................................................................................3

7测试步骤..........................................................................................................................................................6

8测试结果分析..................................................................................................................................................6

图1车用柴油机排放虚拟仿真测试流程.........................................................................................................2

表1系统输出变量列表.....................................................................................................................................3

表2系统输出变量列表.....................................................................................................................................3

表3系统组成要求列表.....................................................................................................................................3

表4关键参数仿真精度要求.............................................................................................................................4

表5WHTC回归线允差.....................................................................................................................................7

表6WHSC回归线允差.....................................................................................................................................7

表7测试结果汇总.............................................................................................................................................7

I

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车用柴油机排放虚拟仿真测试方法

1范围

本文件规定了车用柴油机排放虚拟仿真测试的仿真测试流程、模型与系统搭建、虚拟模

型集成与调试、测试步骤及测试结果分析等内容。

本文件适用于M2、M3、N1、N2和N3类及总质量大于3500kg的M1类汽车用柴油机。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期

的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改单）适用于本文件。

GB/T18297-2024汽车发动机性能试验方法

GB17691-2018重型柴油车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）

T/CSAE431-2025柴油机电控系统硬件在环仿真平台开发技术要求

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

柴油机虚拟模型dieselvirtualmodel

能够实时模拟实际柴油机进排气特性、燃油喷射特性、传热特性及燃烧特性的虚拟模型。

3.2

后处理虚拟模型aftertreatmentvirtualmodel

能够实时模拟实际后处理化学反应动力学特性的虚拟模型。

3.3

硬件在环系统hardware-in-the-Loopsystem

将真实控制器硬件直接放入仿真回路中，与计算机仿真物理模型进行实时交互的仿真系

统。

3.4

板卡boardcard

模拟传感器的信号输出或采集执行器驱动信号等功能的硬件电路。

4仿真测试流程

图1描述了车用柴油机排放虚拟仿真测试流程，步骤如下：

a）搭建柴油机虚拟模型、后处理虚拟模型、硬件在环系统；

1

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b）将柴油机虚拟模型、后处理虚拟模型集成到硬件在环系统上，进行虚拟模型开闭环

调试；

c）进行WHTC、WHSC、WNTE排放虚拟仿真测试；

d）进行虚拟仿真测试结果分析。

图1车用柴油机排放虚拟仿真测试流程

5模型与系统搭建

5.1柴油机虚拟模型

5.1.1模型实时性

实时因子（real-timefactor）是模拟时间与真实时间的比值。正常情况下，理想值为1，

即模拟时间与现实时间同步。若实时因子大于1表明模拟时间比真实时间慢，无法实现实时

模拟；若实时因子小于1表明模拟时间比真实时间快，可实现实时模拟。

柴油机虚拟模型在虚拟台架上稳态运行的实时因子宜小于0.7，瞬态运行的实时因子应

不大于1，这样能确保模型实时模拟过程不出现模型溢出的问题。

5.1.2模型组成

2

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柴油机虚拟模型由进气系统、排