技術歸零方法在重卡油耗分析中的應用

張 東，張婷婷，劉 琦，姚忠魁

技術歸零方法在重卡油耗分析中的應用

張 東，張婷婷，劉 琦，姚忠魁

（陜西汽車控股集團有限公司，陜西 西安 710200）

技術歸零方法是根據系統工程原理和閉環管理的思想，可以有效地分析故障原因，同時避免問題重復發生。重卡車輛在交付客戶使用過程中，經常會出現多臺車油耗差異性較大的問題。采用技術歸零方法可以對油耗問題進行深入分析，根據分析準確定位故障原因。從理論上分析定位的故障原因后提出改進措施，再通過滑行試驗、油耗試驗等進行驗證，最后舉一反三，避免問題再度發生。

油耗分析；技術歸零；閉環管理；故障樹

隨著我國經濟的持續發展，汽車工業規模的不斷擴大，能源短缺和環境污染等問題愈發凸顯。重型商用車已經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。燃油經濟性作為衡量商用車性能的重要指標，嚴格把控車輛油耗就顯得至關重要。

目前多數學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]對用戶駕駛工況進行對比研究，通過發動機轉速、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間。宮寶利等[2]基于AVL Cruise軟件對車輛油耗進行仿真分析，通過分析仿真模型中各車輛參數對油耗結果的影響，實現對油耗更準確的分析。張珍等[3]提出整車經濟性的提升措施，通過整車狀態差異，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現閉環管理，通常只是通過分析將油耗問題的影響因素進行發掘及處理，沒有對問題產生的機理進行分析，做不到舉一反三并且避免同類問題的重復發生。技術歸零方法是航天系統從實踐中總結提煉出來的科學方法，它對故障問題的處理具有現實的指導作用。因此，本文以重卡牽引車油耗問題為例，將技術歸零方法應用到問題處理中，科學地查清問題及故障產生的根本原因，有利于找到正確的處理方法和有效的預防措施，避免再次發生類似的事件。

1 現象描述

以牽引車為例，假設客戶共有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，通過技術歸零的方法開展油耗分析。

表1 原始油耗統計

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） 1#2 5807 74033.330 2#2 7306 89039.6218.94% 3#2 7806 87540.4421.43%

2 技術歸零方法簡介

中國航天工業總公司在《質量問題歸零管理辦法》中第一次明確提出了技術歸零的五條標準，即定位準確、機理清楚、問題復現、措施有效、舉一反三[4]，具體如下：

1）定位準確：確定質量問題發生的準確部位。

2）機理清楚：通過理論分析或試驗等手段，確定質量問題發生的根本原因。

3）問題復現：通過試驗或其他驗證方法，確認質量問題發生的現象，驗證定位的準確性和機理分析的正確性。

4）措施有效：針對發生的質量問題，采取糾正措施，經過驗證，確保質量問題得到解決。

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

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生油耗差異的問題進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：整車自重差異會導致發動機負載不同，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+掛車進行稱重，總質量基本相同，故而排除自重差異原因。

A2動力鏈差異：由于不同發動機的萬有特性不同，所以動力鏈差異會導致在同工況下，形成油耗差異。此次三臺車配置相同，變速器、驅動橋型號、速比相同。同時通過檢查發動機、變速器標定版本、冷卻液、進氣阻力、排氣背壓等確認發動機、變速器狀態一致，故而排除動力鏈差異原因。

A3傳動效率差異：傳動效率差異會導致發動機負載不同，形成油耗差異。傳動效率低則摩擦產生的熱量高，在相同條件下，通過對三臺車發動機、變速器以及驅動橋進行溫度監測，發現溫度基本一致，從而排除傳動效率差異的原因。

A4整車阻力差異：整車阻力差異會導致發動機負載不同，形成油耗差異。整車阻力分為風阻以及滾阻，針對風阻問題，選擇三臺車輛配置相同、迎風面積相同且均有導流罩，可以認為風阻一致；針對滾阻問題，通過實車檢查發現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。通過分析發現A4整車阻力差異是導致油耗差異的原因之一。

表2 不同花紋輪胎滾阻

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

A5參數設置差異：油耗計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設置及輪速傳感器計算獲取，參數的設置可直接影響行駛里程。通過實車檢查發現1#車的儀表參數設置值與2#車、3#車一致，排除A5參數設置差異的原因。

A6貨物總重差異：整車自重差異會導致發動機負載不同，從而造成油耗差異。三臺車運輸貨物相同均為鋼筋，根據發貨單及稱重記錄，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在坡度、路面狀態、環境狀態等可能導致發動機負載不同。該客戶的三臺車運營路線相對固定，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，可以認為行駛工況一致，排除行駛工況差異導致油耗差異的原因。

A8駕駛習慣差異：駕駛習慣差異主要體現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動機燃油消耗。通過對同一時間、同一工況下車輛行駛狀態監測，發現三臺車駕駛員在車速占比、油門占比、擋位分布以及轉速分布上差異較大，如圖2所示，通過分析發現A8駕駛習慣差異是導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：油耗計算方法為燃油加注量除以行駛里程，而怠速狀態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致油耗差異。通過對同一時間、同一工況下發動機狀態監測，發現2#車、3#車怠速占比明顯高于1#車，如圖3所示，且通過實車跟蹤發現2#、3#車駕駛員存在長時間怠速開空調的行為，可以認為A9怠速占比差異是導致油耗差異的原因之一。

圖3 怠速占比對比圖

A10燃油品質差異：燃油品質差異主要體現在熱值上，不同品質的燃油完全燃燒釋放的熱量差異導致發動機輸出功率不同，產生燃油消耗差異。本次客戶通過自有加油機加注，三臺車均在同一加油機加注燃油，故而排除燃油品質差異原因。

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

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

3.2 機理分析

1）針對A4整車阻力差異導致油耗差異的機理分析：

根據汽車理論[5]百公里燃油消耗計算公式：

式中，為常數；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。

采用油耗仿真計算軟件對比計算，發現滿載狀態下掛車采用高滾阻輪胎和低滾阻輪胎產生的油耗差異約為6.24%。

2）針對A8駕駛習慣差異導致油耗差異的機理分析：

通過三名駕駛員與三臺車的輪流更換駕駛，并記錄其在一周內的平均油耗，發現原1#車駕駛員A駕駛員駕駛習慣優于原2#車、3#車駕駛員，試驗油耗數據如表3所示。

表3 驗證油耗統計

項目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

通過對比計算，駕駛習慣差異產生的油耗差異約為7.6%。

3）針對A9怠速占比差異導致油耗差異的機理分析：

根據汽車理論怠速燃油消耗計算公式：

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。

通過對比計算，怠速占比差異產生的油耗差異約為6.35%。

綜合以上分析，產生的油耗總差異為6.24%+ 7.6%+6.35%=20.19%，與實際油耗差異18.94%、21.43%基本一致，可以認為以上是導致油耗差異的主要原因。

3.3 試驗驗證

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

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

3）針對A9的改進措施：通過加裝駐車空調解決駕駛員怠速吹空調的行為。通過后臺數據長期跟蹤，發現三臺車怠速占比基本一致。

在驗證上述措施有效后，根據整車燃油經濟性道路試驗技術要求[6]，對三臺車油耗進行對比性試驗，試驗數據如表4所示，油耗差異性問題已得到解決。

表4 試驗油耗統計

項目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

鑒于以上問題產生的原因，通過排查其余車輛狀態，增加掛車、駐車空調選裝及駕駛員培訓等措施來避免同類問題的發生。在經過培訓和車輛狀態調整后，通過整車后臺監控軟件對該車隊同工況下的其他多臺車進行隨機抽查，發現其油耗誤差小于3%，如圖4所示，驗證舉一反三措施有效。

圖4 后市場系統油耗監控圖

4 總結

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

基于技術歸零方法的油耗差異性問題處理，可以對故障問題進行全面地分析，并對故障進行準確定位。機理分析可以從理論上對問題定位準確性進行驗證，通過試驗驗證確保改進措施有效，舉一反三可以有效避免同類問題的再度發生。

[1] 高尚志,馬俊杰,楊伊,等.用戶駕駛工況對比試驗研究[J].小型內燃機與車輛技術,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].汽車實用技術,2020,45(16): 109-112.

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

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

[5] 余志生.汽車理論[M].北京:機械工業出版社,2009.

[6] 杜輝,蔡錦康,孟令群,等.重型商用車油耗優化研究[J].汽車實用技術,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，研究方向為整車性能開發，E-mail:775703406@qq.com。