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(chē)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(shí)避免問(wèn)題重復(fù)發(fā)生。重卡車(chē)輛在交付客戶使用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)多臺(tái)車(chē)油耗差異性較大的問(wèn)題。采用技術(shù)歸零方法可以對(duì)油耗問(wèn)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(guò)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(wèn)題再度發(fā)生。

油耗分析；技術(shù)歸零；閉環(huán)管理；故障樹(shù)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，汽車(chē)工業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，能源短缺和環(huán)境污染等問(wèn)題愈發(fā)凸顯。重型商用車(chē)已經(jīng)成為我國(guó)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(zhǎng)等特點(diǎn)。燃油經(jīng)濟(jì)性作為衡量商用車(chē)性能的重要指標(biāo)，嚴(yán)格把控車(chē)輛油耗就顯得至關(guān)重要。

目前多數(shù)學(xué)者將油耗問(wèn)題的研究方向分為某種因素對(duì)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(duì)用戶駕駛工況進(jìn)行對(duì)比研究，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩以及整車(chē)車(chē)速、擋位差異，分析出用戶駕駛工況對(duì)油耗的影響區(qū)間。宮寶利等[2]基于AVL Cruise軟件對(duì)車(chē)輛油耗進(jìn)行仿真分析，通過(guò)分析仿真模型中各車(chē)輛參數(shù)對(duì)油耗結(jié)果的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)油耗更準(zhǔn)確的分析。張珍等[3]提出整車(chē)經(jīng)濟(jì)性的提升措施，通過(guò)整車(chē)狀態(tài)差異，如自重、輪胎滾阻的不同，得出整車(chē)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(wèn)題時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理，通常只是通過(guò)分析將油耗問(wèn)題的影響因素進(jìn)行發(fā)掘及處理，沒(méi)有對(duì)問(wèn)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(lèi)問(wèn)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(lái)的科學(xué)方法，它對(duì)故障問(wèn)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(chē)油耗問(wèn)題為例，將技術(shù)歸零方法應(yīng)用到問(wèn)題處理中，科學(xué)地查清問(wèn)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(lèi)似的事件。

1 現(xiàn)象描述

以牽引車(chē)為例，假設(shè)客戶共有3臺(tái)牽引車(chē)，底盤(pán)配置基本相同，交車(chē)時(shí)間一致，使用工況相同，其月度油耗情況見(jiàn)表1。其中1#車(chē)油耗明顯低于2#車(chē)和3#車(chē)，通過(guò)技術(shù)歸零的方法開(kāi)展油耗分析。

表1 原始油耗統(tǒng)計(jì)

車(chē)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(jiǎn)介

中國(guó)航天工業(yè)總公司在《質(zhì)量問(wèn)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(wèn)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(wèn)題發(fā)生的準(zhǔn)確部位。

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

3）問(wèn)題復(fù)現(xiàn)：通過(guò)試驗(yàn)或其他驗(yàn)證方法，確認(rèn)質(zhì)量問(wèn)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(duì)發(fā)生的質(zhì)量問(wèn)題，采取糾正措施，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，確保質(zhì)量問(wèn)題得到解決。

5）舉一反三：把發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題的信息反饋給本型號(hào)、本單位和其他型號(hào)、其他單位，檢查有無(wú)可能發(fā)生類(lèi)似模式或機(jī)理的問(wèn)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(shù)分析方法對(duì)可能產(chǎn)生油耗差異的問(wèn)題進(jìn)行全方位的對(duì)比分析，建立如圖1所示的故障樹(shù)。

圖1 故障樹(shù)圖

針對(duì)各個(gè)原因具體分析如下：

A1自重差異：整車(chē)自重差異會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載不同，從而造成油耗差異。此次三臺(tái)車(chē)底盤(pán)+掛車(chē)配置相同，通過(guò)對(duì)底盤(pán)+掛車(chē)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(dòng)力鏈差異：由于不同發(fā)動(dòng)機(jī)的萬(wàn)有特性不同，所以動(dòng)力鏈差異會(huì)導(dǎo)致在同工況下，形成油耗差異。此次三臺(tái)車(chē)配置相同，變速器、驅(qū)動(dòng)橋型號(hào)、速比相同。同時(shí)通過(guò)檢查發(fā)動(dòng)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(dòng)機(jī)、變速器狀態(tài)一致，故而排除動(dòng)力鏈差異原因。

A3傳動(dòng)效率差異：傳動(dòng)效率差異會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載不同，形成油耗差異。傳動(dòng)效率低則摩擦產(chǎn)生的熱量高，在相同條件下，通過(guò)對(duì)三臺(tái)車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器以及驅(qū)動(dòng)橋進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)溫度基本一致，從而排除傳動(dòng)效率差異的原因。

A4整車(chē)阻力差異：整車(chē)阻力差異會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載不同，形成油耗差異。整車(chē)阻力分為風(fēng)阻以及滾阻，針對(duì)風(fēng)阻問(wèn)題，選擇三臺(tái)車(chē)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(duì)滾阻問(wèn)題，通過(guò)實(shí)車(chē)檢查發(fā)現(xiàn)2#車(chē)、3#車(chē)掛車(chē)匹配的是12條高滾阻的麻將花紋輪胎，1#車(chē)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(guò)分析發(fā)現(xiàn)A4整車(chē)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(chē)行駛里程通過(guò)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(guò)實(shí)車(chē)檢查發(fā)現(xiàn)1#車(chē)的儀表參數(shù)設(shè)置值與2#車(chē)、3#車(chē)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(chē)自重差異會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載不同，從而造成油耗差異。三臺(tái)車(chē)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(wú)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(dòng)機(jī)負(fù)載不同。該客戶的三臺(tái)車(chē)運(yùn)營(yíng)路線相對(duì)固定，空車(chē)從停車(chē)場(chǎng)到鋼鐵廠，滿載從鋼鐵廠到工地，且一般為三臺(tái)車(chē)同時(shí)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(chē)速、油門(mén)、剎車(chē)及擋位使用上，在同工況下駕駛員的擋位、油門(mén)選擇差異直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)燃油消耗。通過(guò)對(duì)同一時(shí)間、同一工況下車(chē)輛行駛狀態(tài)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)三臺(tái)車(chē)駕駛員在車(chē)速占比、油門(mén)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(guò)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(mén)使用情況對(duì)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(huì)導(dǎo)致油耗差異。通過(guò)對(duì)同一時(shí)間、同一工況下發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)2#車(chē)、3#車(chē)怠速占比明顯高于1#車(chē)，如圖3所示，且通過(guò)實(shí)車(chē)跟蹤發(fā)現(xiàn)2#、3#車(chē)駕駛員存在長(zhǎng)時(shí)間怠速開(kāi)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(duì)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(dòng)機(jī)輸出功率不同，產(chǎn)生燃油消耗差異。本次客戶通過(guò)自有加油機(jī)加注，三臺(tái)車(chē)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(huì)導(dǎo)致油耗差異。本次客戶通過(guò)自有加油機(jī)加注，三臺(tái)車(chē)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(guò)以上分析，確定A4整車(chē)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(duì)A4整車(chē)阻力差異導(dǎo)致油耗差異的機(jī)理分析：

根據(jù)汽車(chē)?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(dòng)效率。由式（1）可見(jiàn)，行駛阻力越大，燃油消耗越多。1#車(chē)匹配低滾阻輪胎，行駛阻力明顯小于2#車(chē)、3#車(chē)匹配高滾阻輪胎。

采用油耗仿真計(jì)算軟件對(duì)比計(jì)算，發(fā)現(xiàn)滿載狀態(tài)下掛車(chē)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(duì)A8駕駛習(xí)慣差異導(dǎo)致油耗差異的機(jī)理分析：

通過(guò)三名駕駛員與三臺(tái)車(chē)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(chē)駕駛員A駕駛員駕駛習(xí)慣優(yōu)于原2#車(chē)、3#車(chē)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(chē)(L/100 km)2#車(chē)(L/100 km)3#車(chē)(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(guò)對(duì)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(duì)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(chē)?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(chē)時(shí)間。由式（2）可見(jiàn)，怠速占比越高，怠速時(shí)間越長(zhǎng)，油耗越高。1#車(chē)怠速占比明顯小于2#車(chē)、3#車(chē)，2#車(chē)、3#車(chē)油耗明顯高于1#車(chē)。

通過(guò)對(duì)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(duì)A4的改進(jìn)措施：更換2#車(chē)、3#掛車(chē)輪胎，解決整車(chē)阻力差異。按照《滑行試驗(yàn)方法》（GB/T 12536－2017）與1#車(chē)進(jìn)行對(duì)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(duì)A8的改進(jìn)措施：對(duì)駕駛員駕駛習(xí)慣進(jìn)行糾正，開(kāi)展駕駛培訓(xùn)，同時(shí)通過(guò)交換司機(jī)駕駛試驗(yàn)。通過(guò)行駛長(zhǎng)時(shí)間行駛對(duì)比三臺(tái)車(chē)油耗基本一致，驗(yàn)證改進(jìn)措施有效。

3）針對(duì)A9的改進(jìn)措施：通過(guò)加裝駐車(chē)空調(diào)解決駕駛員怠速吹空調(diào)的行為。通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)長(zhǎng)期跟蹤，發(fā)現(xiàn)三臺(tái)車(chē)怠速占比基本一致。

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

表4 試驗(yàn)油耗統(tǒng)計(jì)

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

3.4 其他車(chē)輛問(wèn)題排查情況

鑒于以上問(wèn)題產(chǎn)生的原因，通過(guò)排查其余車(chē)輛狀態(tài)，增加掛車(chē)、駐車(chē)空調(diào)選裝及駕駛員培訓(xùn)等措施來(lái)避免同類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生。在經(jīng)過(guò)培訓(xùn)和車(chē)輛狀態(tài)調(diào)整后，通過(guò)整車(chē)后臺(tái)監(jiān)控軟件對(duì)該車(chē)隊(duì)同工況下的其他多臺(tái)車(chē)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(chǎng)系統(tǒng)油耗監(jiān)控圖

4 總結(jié)

整車(chē)油耗差異大的問(wèn)題，影響因素多，原因復(fù)雜，排查難度大。本次對(duì)牽引車(chē)油耗差異性的影響因素進(jìn)行逐一分析，可以看出整車(chē)配置、駕駛習(xí)慣以及怠速占比的差異等均會(huì)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(wèn)題處理，可以對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行全面地分析，并對(duì)故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位。機(jī)理分析可以從理論上對(duì)問(wèn)題定位準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)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(lèi)問(wèn)題的再度發(fā)生。

[1] 高尚志,馬俊杰,楊伊,等.用戶駕駛工況對(duì)比試驗(yàn)研究[J].小型內(nèi)燃機(jī)與車(chē)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(duì)車(chē)輛油耗的仿真分析[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù),2020,45(16): 109-112.

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

[4] 鮑智文.航天產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)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(chē)?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(chē)油耗優(yōu)化研究[J].汽車(chē)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?chē)性能開(kāi)發(fā)，E-mail:775703406@qq.com。