技术归零方法在重卡油耗分析中的应用.pdf

10.16638/ki.1671-7988.2023.019.017 10.16638/ki.1671-7988.2023.019.017 技术归零方法在重卡油耗分析中的应用 张 东，张婷婷，刘 琦，姚忠魁（陕西汽车控股集团有限公司，陕西 西安 710200）摘要：技术归零方法是根据系统工程原理和闭环管理的思想，可以有效地分析故障原因，同时避免问题重复发生。重卡车辆在交付客户使用过程中，经常会出现多台车油耗差异性较大的问题。采用技术归零方法可以对油耗问题进行深入分析，根据分析准确定位故障原因。从理论上分析定位的故障原因后提出改进措施，再通过滑行试验、油耗试验等进行验证，最后举一反三，避免问题再度发生。关键词：油耗分析；技术归零；闭环管理；故障树 中图分类号：U461.8 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2023)19-87-05 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,Xian 710200,China)Abstract: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.Keywords:Fuel consumption analysis;Technical return-to-zero;Closed-loop management;Fault tree 随着我国经济的持续发展，汽车工业规模的不断扩大，能源短缺和环境污染等问题愈发凸显。重型商用车已经成为我国目前燃油消耗的主体，其具有百公里燃油消耗量高、行驶里程长等特点。燃油经济性作为衡量商用车性能的重要指标，严格把控车辆油耗就显得至关重要。作者简介：张东（1991），男，研究方向为整车性能开发，E-mail:。88 汽 车 实 用 技 术 2023 年 目前多数学者将油耗问题的研究方向分为某种因素对油耗的影响、基于仿真软件油耗分析和降油耗措施的研究等。如高尚志等1对用户驾驶工况进行对比研究，通过发动机转速、扭矩以及整车车速、挡位差异，分析出用户驾驶工况对油耗的影响区间。宫宝利等2基于 AVL Cruise 软件对车辆油耗进行仿真分析，通过分析仿真模型中各车辆参数对油耗结果的影响，实现对油耗更准确的分析。张珍等3提出整车经济性的提升措施，通过整车状态差异，如自重、轮胎滚阻的不同，得出整车轻量化、更换低滚阻轮胎等措施在降油耗方面的有效性。这些研究在处理油耗问题时无法实现闭环管理，通常只是通过分析将油耗问题的影响因素进行发掘及处理，没有对问题产生的机理进行分析，做不到举一反三并且避免同类问题的重复发生。技术归零方法是航天系统从实践中总结提炼出来的科学方法，它对故障问题的处理具有现实的指导作用。因此，本文以重卡牵引车油耗问题为例，将技术归零方法应用到问题处理中，科学地查清问题及故障产生的根本原因，有利于找到正确的处理方法和有效的预防措施，避免再次发生类似的事件。1 现象描述 以牵引车为例，假设客户共有 3 台牵引车，底盘配置基本相同，交车时间一致，使用工况相同，其月度油耗情况见表 1。其中 1#车油耗明显低于 2#车和 3#车，通过技术归零的方法开展油耗分析。表 1 原始油耗统计 车辆 总油 耗/L 行驶里 程/km 油耗/(L/100 km)油耗差异（以 1#为基准）1#2 580 7 740 33.33 0 2#2 730 6 890 39.62 18.94%3#2 780 6 875 40.44 21.43%2 技术归零方法简介 中国航天工业总公司在质量问题归零管理办法中第一次明确提出了技术归零的五条标准，即定位准确、机理清楚、问题复现、措施有效、举一反三4，具体如下：1）定位准确：确定质量问题发生的准确部位。2）机理清楚：通过理论分析或试验等手段，确定质量问题发生的根本原因。3）问题复现：通过试验或其他验证方法，确认质量问题发生的现象，验证定位的准确性和机理分析的正确性。4）措施有效：针对发生的质量问题，采取纠正措施，经过验证，确保质量问题得到解决。5）举一反三：把发生质量问题的信息反馈给本型号、本单位和其他型号、其他单位，检查有无可能发生类似模式或机理的问题，并采取预防措施。3 油耗分析方法 3.1 故障定位 采用故障树分析方法对可能产生油耗差异的问题进行全方位的对比分析，建立如图 1 所示的故障树。图 1 故障树图 针对各个原因具体分析如下：A1 自重差异：整车自重差异会导致发动机负载不同，从而造成油耗差异。此次三台车底盘+挂车配置相同，通过对底盘+挂车进行称重，总质量基本相同，故而排除自重差异原因。A2 动力链差异：由于不同发动机的万有特性不同，所以动力链差异会导致在同工况下，形成油耗差异。此次三台车配置相同，变速器、驱动第 19 期 张 东，等：技术归零方法在重卡油耗分析中的应用 89 桥型号、速比相同。同时通过检查发动机、变速器标定版本、冷却液、进气阻力、排气背压等确认发动机、变速器状态一致，故而排除动力链差异原因。A3 传动效率差异：传动效率差异会导致发动机负载不同，形成油耗差异。传动效率低则摩擦产生的热量高，在相同条件下，通过对三台车发动机、变速器以及驱动桥进行温度监测，发现温度基本一致，从而排除传动效率差异的原因。A4 整车阻力差异：整车阻力差异会导致发动机负载不同，形成油耗差异。整车阻力分为风阻以及滚阻，针对风阻问题，选择三台车辆配置相同、迎风面积相同且均有导流罩，可以认为风阻一致；针对滚阻问题，通过实车检查发现 2#车、3#车挂车匹配的是 12 条高滚阻的麻将花纹轮胎，1#车匹配的是 12 条低滚阻的条形花纹胎，轮胎磨损程度接近。不同花纹轮胎滚阻差异如表 2 所示。通过分析发现 A4 整车阻力差异是导致油耗差异的原因之一。表 2 不同花纹轮胎滚阻 轮胎规格 轮胎花纹 滚阻系数/kN 12R22.5 18PR 纵向 5.5 12R22.5 18PR 块状 7.5 A5 参数设置差异：油耗计算方法为燃油加注量除以行驶里程，整车行驶里程通过仪表参数设置及轮速传感器计算获取，参数的设置可直接影响行驶里程。通过实车检查发现 1#车的仪表参数设置值与 2#车、3#车一致，排除 A5 参数设置差异的原因。A6 货物总重差异：整车自重差异会导致发动机负载不同，从而造成油耗差异。三台车运输货物相同均为钢筋，根据发货单及称重记录，货物总重一致均为 49 t 左右，无差异，从而排除货物总重差异的原因。A7 行驶工况差异：行驶工况差异主要体现在坡度、路面状态、环境状态等可能导致发动机负载不同。该客户的三台车运营路线相对固定，空车从停车场到钢铁厂，满载从钢铁厂到工地，且一般为三台车同时出发，可以认为行驶工况一致，排除行驶工况差异导致油耗差异的原因。A8 驾驶习惯差异：驾驶习惯差异主要体现在驾驶员的变速模式、车速、油门、刹车及挡位使用上，在同工况下驾驶员的挡位、油门选择差异直接影响发动机燃油消耗。通过对同一时间、同一工况下车辆行驶状态监测，发现三台车驾驶员在车速占比、油门占比、挡位分布以及转速分布上差异较大，如图 2 所示，通过分析发现 A8 驾驶习惯差异是导致油耗差异的原因之一。图 2 最大油门使用情况对比图 A9 怠速占比差异：油耗计算方法为燃油加注量除以行驶里程，而怠速状态油耗只增加燃油加注量而不增加行驶里程，故而怠速占比差异会导致油耗差异。通过对同一时间、同一工况下发动机状态监测，发现 2#车、3#车怠速占比明显高于1#车，如图 3 所示，且通过实车跟踪发现 2#、3#车驾驶员存在长时间怠速开空调的行为，可以认为 A9 怠速占比差异是导致油耗差异的原因之一。图 3 怠速占比对比图 A10 燃油品质差异：燃油品质差异主要体现在热值上，不同品质的燃油完全燃烧释放的热量差异导致发动机输出功率不同，产生燃油消耗差异。本次客户通过自有加油机加注，三台车均在同一加油机加注燃油，故而排除燃油品质差异原因。A11 燃油计量差异：油耗计算方法为燃油加注量除以行驶里程，燃油计量差异会导致油耗差异。本次客户通过自有加油机加注，三台车均在同一加油机加注燃油，故而排除燃油计量差异原因。通过以上分析，确定 A4 整车阻力差异、A8驾驶习惯差异以及 A9 怠速占比差异是导致油耗差异的主要原因。3.2 机理分析 1）针对 A4 整车阻力差异导致油耗差异的机理分析：根据汽车理论5百公里燃油消耗计算公式：90 汽 车 实 用 技 术 2023 年 tsCFbQ=（1）式中，C 为常数；F 为行驶阻力；b 为燃油消耗率；t为传动效率。由式（1）可见，行驶阻力越大，燃油消耗越多。1#车匹配低滚阻轮胎，行驶阻力明显小于 2#车、3#车匹配高滚阻轮胎。采用油耗仿真计算软件对比计算，发现满载状态下挂车采用高滚阻轮胎和低滚阻轮胎产生的油耗差异约为 6.24%。2）针对 A8 驾驶习惯差异导致油耗差异的机理分析：通过三名驾驶员与三台车的轮流更换驾驶，并记录其在一周内的平均油耗，发现原 1#车驾驶员 A 驾驶员驾驶习惯优于原 2#车、3#车驾驶员，试验油耗数据如表 3 所示。表 3 验证油耗统计 项目 1#车(L/100 km)2#车(L/100 km)3#车(L/100 km)平均油耗(L/100 km)驾驶员 A 31.26 34.35 34.98 33.53 驾驶员 B 33.57 36.93 37.60 36.03 驾驶员 C 33.73 36.76 38.11 36.20 通过对比计算，驾驶习惯差异产生的油耗差异约为 7.6%。3）针对 A9 怠速占比差异导致油耗差异的机理分析：根据汽车理论怠速燃油消耗计算公式：Qid=Qits （2）式中，Qi为怠速燃油消耗率；ts为怠速停车时间。由式（2）可见，怠速占比越高，怠速时间越长，油耗越高。1#车怠速占比明显小于 2#车、3#车，2#车、3#车油耗明显高于 1#车。通过对比计算，怠速占比差异产生的油耗差异约为 6.35%。综合以上分析，产生的油耗总差异为 6.24%+7.6%+6.35%=20.19%，与实际油耗差异 18.94%、21.43%基本一致，可以认为以上是导致油耗差异的主要原因。3.3 试验验证 1）针对 A4 的改进措施：更换 2#车、3#挂车轮胎，解决整车阻力差异。按照滑行试验方法（GB/T 125362017）与 1#车进行对比滑行试验，滑行距离基本一致，验证改进措施有效。2）针对 A8 的改进措施：对驾驶员驾驶习惯进行纠正，开展驾驶培训，同时通过交换司机驾驶试验。通过行驶长时间行驶对比三台车油耗基本一致，验证改进措施有效。3）针对 A9 的改进措施：通过加装驻车空调解决驾驶员怠速吹空调的行为。通过后台数据长期跟踪，发现三台车怠速占比基本一致。在验证上述措施有效后，根据整车燃油经济性道路试验技术要求6，对三台车油耗进行对比性试验，试验数据如表 4 所示，油耗差异性问题已得到解决。表 4 试验油耗统计 项目 1#车 2#车 3#车 综合工况油耗(L/100 km)32.46 31.82 33.06 3.4 其他车辆问题排查情况 鉴于以上问题产生的原因，通过排查其余车 图 4 后市场系统油耗监控图 第 19 期 张 东，等：技术归零方法在重卡油耗分析中的应用 91 辆状态，增加挂车、驻车空调选装及驾驶员培训等措施来避免同类问题的发生。在经过培训和车辆状态调整后，通过整车后台监控软件对该车队同工况下的其他多台车进行随机抽查，发现其油耗误差小于 3%，如图 4 所示，验证举一反三措施有效。4 总结 整车油耗差异大的问题，影响因素多，原因复杂，排查难度大。本次对牵引车油耗差异性的影响因素进行逐一分析，可以看出整车配置、驾驶习惯以及怠速占比的差异等均会导致油耗产生差异。基于技术归零方法的油耗差异性问题处理，可以对故障问题进行全面地分析，并对故障进行准确定位。机理分析可以从理论上对问题定位准确性进行验证，通过试验验证确保改进措施有效，举一反三可以有效避免同类问题的再度发生。参考文献 1 高尚志,马俊杰,杨伊,等.用户驾驶工况对比试验研究J.小型内燃机与车辆技术,2020,49(2):6-9.2 宫宝利,马毅,宋桂晓,等.基于 AVL_Cruise 软件对车辆油耗的仿真分析J.汽车实用技术,2020,45(16):109-112.3 张珍,刘栋.整车经济性的提升措施J.汽车工程师,2014(5):56-57,60.4 鲍智文.航天产品质量问题归零工作有效性研究J.质量与可靠性,2017(1):14-18.5 余志生.汽车理论M.北京:机械工业出版社,2009.6 杜辉,蔡锦康,孟令群,等.重型商用车油耗优化研究J.汽车实用技术,2020,45(14):79-81,100.