技術(shù)歸零方法在重卡油耗分析中的應(yīng)用

張 東，張婷婷，劉 琦，姚忠魁

技術(shù)歸零方法在重卡油耗分析中的應(yīng)用

張 東，張婷婷，劉 琦，姚忠魁

（陜西汽車控股集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710200）

技術(shù)歸零方法是根據(jù)系統(tǒng)工程原理和閉環(huán)管理的思想，可以有效地分析故障原因，同時避免問題重復(fù)發(fā)生。重卡車輛在交付客戶使用過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)多臺車油耗差異性較大的問題。采用技術(shù)歸零方法可以對油耗問題進(jìn)行深入分析，根據(jù)分析準(zhǔn)確定位故障原因。從理論上分析定位的故障原因后提出改進(jìn)措施，再通過滑行試驗(yàn)、油耗試驗(yàn)等進(jìn)行驗(yàn)證，最后舉一反三，避免問題再度發(fā)生。

油耗分析；技術(shù)歸零；閉環(huán)管理；故障樹

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，汽車工業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，能源短缺和環(huán)境污染等問題愈發(fā)凸顯。重型商用車已經(jīng)成為我國目前燃油消耗的主體，其具有百公里燃油消耗量高、行駛里程長等特點(diǎn)。燃油經(jīng)濟(jì)性作為衡量商用車性能的重要指標(biāo)，嚴(yán)格把控車輛油耗就顯得至關(guān)重要。

目前多數(shù)學(xué)者將油耗問題的研究方向分為某種因素對油耗的影響、基于仿真軟件油耗分析和降油耗措施的研究等。如高尚志等[1]對用戶駕駛工況進(jìn)行對比研究，通過發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩以及整車車速、擋位差異，分析出用戶駕駛工況對油耗的影響區(qū)間。宮寶利等[2]基于AVL Cruise軟件對車輛油耗進(jìn)行仿真分析，通過分析仿真模型中各車輛參數(shù)對油耗結(jié)果的影響，實(shí)現(xiàn)對油耗更準(zhǔn)確的分析。張珍等[3]提出整車經(jīng)濟(jì)性的提升措施，通過整車狀態(tài)差異，如自重、輪胎滾阻的不同，得出整車輕量化、更換低滾阻輪胎等措施在降油耗方面的有效性。這些研究在處理油耗問題時無法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理，通常只是通過分析將油耗問題的影響因素進(jìn)行發(fā)掘及處理，沒有對問題產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析，做不到舉一反三并且避免同類問題的重復(fù)發(fā)生。技術(shù)歸零方法是航天系統(tǒng)從實(shí)踐中總結(jié)提煉出來的科學(xué)方法，它對故障問題的處理具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)作用。因此，本文以重卡牽引車油耗問題為例，將技術(shù)歸零方法應(yīng)用到問題處理中，科學(xué)地查清問題及故障產(chǎn)生的根本原因，有利于找到正確的處理方法和有效的預(yù)防措施，避免再次發(fā)生類似的事件。

1 現(xiàn)象描述

以牽引車為例，假設(shè)客戶共有3臺牽引車，底盤配置基本相同，交車時間一致，使用工況相同，其月度油耗情況見表1。其中1#車油耗明顯低于2#車和3#車，通過技術(shù)歸零的方法開展油耗分析。

表1 原始油耗統(tǒng)計(jì)

車輛總油耗/L行駛里程/km油耗/(L/100 km)油耗差異（以1#為基準(zhǔn)） 1#2 5807 74033.330 2#2 7306 89039.6218.94% 3#2 7806 87540.4421.43%

2 技術(shù)歸零方法簡介

中國航天工業(yè)總公司在《質(zhì)量問題歸零管理辦法》中第一次明確提出了技術(shù)歸零的五條標(biāo)準(zhǔn)，即定位準(zhǔn)確、機(jī)理清楚、問題復(fù)現(xiàn)、措施有效、舉一反三[4]，具體如下：

1）定位準(zhǔn)確：確定質(zhì)量問題發(fā)生的準(zhǔn)確部位。

2）機(jī)理清楚：通過理論分析或試驗(yàn)等手段，確定質(zhì)量問題發(fā)生的根本原因。

3）問題復(fù)現(xiàn)：通過試驗(yàn)或其他驗(yàn)證方法，確認(rèn)質(zhì)量問題發(fā)生的現(xiàn)象，驗(yàn)證定位的準(zhǔn)確性和機(jī)理分析的正確性。

4）措施有效：針對發(fā)生的質(zhì)量問題，采取糾正措施，經(jīng)過驗(yàn)證，確保質(zhì)量問題得到解決。

5）舉一反三：把發(fā)生質(zhì)量問題的信息反饋給本型號、本單位和其他型號、其他單位，檢查有無可能發(fā)生類似模式或機(jī)理的問題，并采取預(yù)防措施。

3 油耗分析方法

3.1 故障定位

采用故障樹分析方法對可能產(chǎn)生油耗差異的問題進(jìn)行全方位的對比分析，建立如圖1所示的故障樹。

圖1 故障樹圖

針對各個原因具體分析如下：

A1自重差異：整車自重差異會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)負(fù)載不同，從而造成油耗差異。此次三臺車底盤+掛車配置相同，通過對底盤+掛車進(jìn)行稱重，總質(zhì)量基本相同，故而排除自重差異原因。

A2動力鏈差異：由于不同發(fā)動機(jī)的萬有特性不同，所以動力鏈差異會導(dǎo)致在同工況下，形成油耗差異。此次三臺車配置相同，變速器、驅(qū)動橋型號、速比相同。同時通過檢查發(fā)動機(jī)、變速器標(biāo)定版本、冷卻液、進(jìn)氣阻力、排氣背壓等確認(rèn)發(fā)動機(jī)、變速器狀態(tài)一致，故而排除動力鏈差異原因。

A3傳動效率差異：傳動效率差異會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)負(fù)載不同，形成油耗差異。傳動效率低則摩擦產(chǎn)生的熱量高，在相同條件下，通過對三臺車發(fā)動機(jī)、變速器以及驅(qū)動橋進(jìn)行溫度監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)溫度基本一致，從而排除傳動效率差異的原因。

A4整車阻力差異：整車阻力差異會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)負(fù)載不同，形成油耗差異。整車阻力分為風(fēng)阻以及滾阻，針對風(fēng)阻問題，選擇三臺車輛配置相同、迎風(fēng)面積相同且均有導(dǎo)流罩，可以認(rèn)為風(fēng)阻一致；針對滾阻問題，通過實(shí)車檢查發(fā)現(xiàn)2#車、3#車掛車匹配的是12條高滾阻的麻將花紋輪胎，1#車匹配的是12條低滾阻的條形花紋胎，輪胎磨損程度接近。不同花紋輪胎滾阻差異如表2所示。通過分析發(fā)現(xiàn)A4整車阻力差異是導(dǎo)致油耗差異的原因之一。

表2 不同花紋輪胎滾阻

輪胎規(guī)格輪胎花紋滾阻系數(shù)/kN 12R22.5 18PR縱向≤5.5 12R22.5 18PR塊狀≤7.5

A5參數(shù)設(shè)置差異：油耗計(jì)算方法為燃油加注量除以行駛里程，整車行駛里程通過儀表參數(shù)設(shè)置及輪速傳感器計(jì)算獲取，參數(shù)的設(shè)置可直接影響行駛里程。通過實(shí)車檢查發(fā)現(xiàn)1#車的儀表參數(shù)設(shè)置值與2#車、3#車一致，排除A5參數(shù)設(shè)置差異的原因。

A6貨物總重差異：整車自重差異會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)負(fù)載不同，從而造成油耗差異。三臺車運(yùn)輸貨物相同均為鋼筋，根據(jù)發(fā)貨單及稱重記錄，貨物總重一致均為49 t左右，無差異，從而排除貨物總重差異的原因。

A7行駛工況差異：行駛工況差異主要體現(xiàn)在坡度、路面狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)等可能導(dǎo)致發(fā)動機(jī)負(fù)載不同。該客戶的三臺車運(yùn)營路線相對固定，空車從停車場到鋼鐵廠，滿載從鋼鐵廠到工地，且一般為三臺車同時出發(fā)，可以認(rèn)為行駛工況一致，排除行駛工況差異導(dǎo)致油耗差異的原因。

A8駕駛習(xí)慣差異：駕駛習(xí)慣差異主要體現(xiàn)在駕駛員的變速模式、車速、油門、剎車及擋位使用上，在同工況下駕駛員的擋位、油門選擇差異直接影響發(fā)動機(jī)燃油消耗。通過對同一時間、同一工況下車輛行駛狀態(tài)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)三臺車駕駛員在車速占比、油門占比、擋位分布以及轉(zhuǎn)速分布上差異較大，如圖2所示，通過分析發(fā)現(xiàn)A8駕駛習(xí)慣差異是導(dǎo)致油耗差異的原因之一。

圖2 最大油門使用情況對比圖

A9怠速占比差異：油耗計(jì)算方法為燃油加注量除以行駛里程，而怠速狀態(tài)油耗只增加燃油加注量而不增加行駛里程，故而怠速占比差異會導(dǎo)致油耗差異。通過對同一時間、同一工況下發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)2#車、3#車怠速占比明顯高于1#車，如圖3所示，且通過實(shí)車跟蹤發(fā)現(xiàn)2#、3#車駕駛員存在長時間怠速開空調(diào)的行為，可以認(rèn)為A9怠速占比差異是導(dǎo)致油耗差異的原因之一。

圖3 怠速占比對比圖

A10燃油品質(zhì)差異：燃油品質(zhì)差異主要體現(xiàn)在熱值上，不同品質(zhì)的燃油完全燃燒釋放的熱量差異導(dǎo)致發(fā)動機(jī)輸出功率不同，產(chǎn)生燃油消耗差異。本次客戶通過自有加油機(jī)加注，三臺車均在同一加油機(jī)加注燃油，故而排除燃油品質(zhì)差異原因。

A11燃油計(jì)量差異：油耗計(jì)算方法為燃油加注量除以行駛里程，燃油計(jì)量差異會導(dǎo)致油耗差異。本次客戶通過自有加油機(jī)加注，三臺車均在同一加油機(jī)加注燃油，故而排除燃油計(jì)量差異原因。

通過以上分析，確定A4整車阻力差異、A8駕駛習(xí)慣差異以及A9怠速占比差異是導(dǎo)致油耗差異的主要原因。

3.2 機(jī)理分析

1）針對A4整車阻力差異導(dǎo)致油耗差異的機(jī)理分析：

根據(jù)汽車?yán)碚揫5]百公里燃油消耗計(jì)算公式：

式中，為常數(shù)；為行駛阻力；為燃油消耗率；t為傳動效率。由式（1）可見，行駛阻力越大，燃油消耗越多。1#車匹配低滾阻輪胎，行駛阻力明顯小于2#車、3#車匹配高滾阻輪胎。

采用油耗仿真計(jì)算軟件對比計(jì)算，發(fā)現(xiàn)滿載狀態(tài)下掛車采用高滾阻輪胎和低滾阻輪胎產(chǎn)生的油耗差異約為6.24%。

2）針對A8駕駛習(xí)慣差異導(dǎo)致油耗差異的機(jī)理分析：

通過三名駕駛員與三臺車的輪流更換駕駛，并記錄其在一周內(nèi)的平均油耗，發(fā)現(xiàn)原1#車駕駛員A駕駛員駕駛習(xí)慣優(yōu)于原2#車、3#車駕駛員，試驗(yàn)油耗數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 驗(yàn)證油耗統(tǒng)計(jì)

項(xiàng)目1#車(L/100 km)2#車(L/100 km)3#車(L/100 km)平均油耗(L/100 km) 駕駛員A31.2634.3534.9833.53 駕駛員B33.5736.9337.6036.03 駕駛員C33.7336.7638.1136.20

通過對比計(jì)算，駕駛習(xí)慣差異產(chǎn)生的油耗差異約為7.6%。

3）針對A9怠速占比差異導(dǎo)致油耗差異的機(jī)理分析：

根據(jù)汽車?yán)碚摰∷偃加拖挠?jì)算公式：

id=i×s（2）

式中，i為怠速燃油消耗率；s為怠速停車時間。由式（2）可見，怠速占比越高，怠速時間越長，油耗越高。1#車怠速占比明顯小于2#車、3#車，2#車、3#車油耗明顯高于1#車。

通過對比計(jì)算，怠速占比差異產(chǎn)生的油耗差異約為6.35%。

綜合以上分析，產(chǎn)生的油耗總差異為6.24%+ 7.6%+6.35%=20.19%，與實(shí)際油耗差異18.94%、21.43%基本一致，可以認(rèn)為以上是導(dǎo)致油耗差異的主要原因。

3.3 試驗(yàn)驗(yàn)證

1）針對A4的改進(jìn)措施：更換2#車、3#掛車輪胎，解決整車阻力差異。按照《滑行試驗(yàn)方法》（GB/T 12536－2017）與1#車進(jìn)行對比滑行試驗(yàn)，滑行距離基本一致，驗(yàn)證改進(jìn)措施有效。

2）針對A8的改進(jìn)措施：對駕駛員駕駛習(xí)慣進(jìn)行糾正，開展駕駛培訓(xùn)，同時通過交換司機(jī)駕駛試驗(yàn)。通過行駛長時間行駛對比三臺車油耗基本一致，驗(yàn)證改進(jìn)措施有效。

3）針對A9的改進(jìn)措施：通過加裝駐車空調(diào)解決駕駛員怠速吹空調(diào)的行為。通過后臺數(shù)據(jù)長期跟蹤，發(fā)現(xiàn)三臺車怠速占比基本一致。

在驗(yàn)證上述措施有效后，根據(jù)整車燃油經(jīng)濟(jì)性道路試驗(yàn)技術(shù)要求[6]，對三臺車油耗進(jìn)行對比性試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示，油耗差異性問題已得到解決。

表4 試驗(yàn)油耗統(tǒng)計(jì)

項(xiàng)目1#車2#車3#車 綜合工況油耗(L/100 km)32.4631.8233.06

3.4 其他車輛問題排查情況

鑒于以上問題產(chǎn)生的原因，通過排查其余車輛狀態(tài)，增加掛車、駐車空調(diào)選裝及駕駛員培訓(xùn)等措施來避免同類問題的發(fā)生。在經(jīng)過培訓(xùn)和車輛狀態(tài)調(diào)整后，通過整車后臺監(jiān)控軟件對該車隊(duì)同工況下的其他多臺車進(jìn)行隨機(jī)抽查，發(fā)現(xiàn)其油耗誤差小于3%，如圖4所示，驗(yàn)證舉一反三措施有效。

圖4 后市場系統(tǒng)油耗監(jiān)控圖

4 總結(jié)

整車油耗差異大的問題，影響因素多，原因復(fù)雜，排查難度大。本次對牽引車油耗差異性的影響因素進(jìn)行逐一分析，可以看出整車配置、駕駛習(xí)慣以及怠速占比的差異等均會導(dǎo)致油耗產(chǎn)生差異。

基于技術(shù)歸零方法的油耗差異性問題處理，可以對故障問題進(jìn)行全面地分析，并對故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位。機(jī)理分析可以從理論上對問題定位準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，通過試驗(yàn)驗(yàn)證確保改進(jìn)措施有效，舉一反三可以有效避免同類問題的再度發(fā)生。

[1] 高尚志,馬俊杰,楊伊,等.用戶駕駛工況對比試驗(yàn)研究[J].小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù),2020,49(2):6-9.

[2] 宮寶利,馬毅,宋桂曉,等.基于AVL_Cruise軟件對車輛油耗的仿真分析[J].汽車實(shí)用技術(shù),2020,45(16): 109-112.

[3] 張珍,劉棟.整車經(jīng)濟(jì)性的提升措施[J].汽車工程師, 2014(5):56-57,60.

[4] 鮑智文.航天產(chǎn)品質(zhì)量問題歸零工作有效性研究[J].質(zhì)量與可靠性,2017(1):14-18.

[5] 余志生.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[6] 杜輝,蔡錦康,孟令群,等.重型商用車油耗優(yōu)化研究[J].汽車實(shí)用技術(shù),2020,45(14):79-81,100.

Application of Technical Return-to-zero Method in Heavy Truck Fuel Consumption Analysis

ZHANG Dong, ZHANG Tingting, LIU Qi, YAO Zhongkui

( Shaanxi Automobile Holding Group Company Limited, Xi'an 710200, China )

Technical return-to-zero methodology is based on the theory of system engineering and the concept of closed-loop management, so as to effectively analyze the reasons of the failure while avoiding recurrence of the problem.There is an issue with a considerable difference in the fuel consumption of one tractor model after being delivered to customers and during their real usage. We conducted an in-depth analysis by using the technical return-to-zero methodology and pinpointed the cause of the error based on the analyzed results. After theoretically analyzing the failures that create differences in fuel consumption,we put forward improvement measures,validate with sliding tests, fuel consumption tests, ect.,and then conduct troubleshooting for other models to prevent a similar issue from recurring in the future.

Fuel consumption analysis; Technical return-to-zero; Closed-loop management; Fault tree

U461.8

A

1671-7988(2023)19-87-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.019.017

張東（1991－），男，研究方向?yàn)檎囆阅荛_發(fā)，E-mail:775703406@qq.com。