某輕型欄板貨車失控原因綜合分析

崔福軍，全寶強，張 元，劉志勇

（北京中機車輛司法鑒定中心，北京 100070）

1 案例背景介紹

1.1 簡要案情

某輕型欄板貨車行駛到某山路時停車，在挪車過程中車輛突然失控加速墜下山坡。

1.2 爭議焦點

車主堅持認為涉案車輛在非人為操作下自行切換、后退擋位導致車輛失控，而廠家堅持認為車輛失控是由于駕駛員操作失誤所致。

2 事故情況調查與勘驗

2.1 被鑒車輛整體外觀檢驗

對被鑒車輛進行整體外觀檢驗，發現被鑒車輛受損區域集中在車輛頂部、后部以及底部區域，如圖1所示。被鑒車輛輪胎除左前胎以外，其他輪胎均已失壓（圖1b），車頂前部因受外力向客艙內凹陷，前風擋玻璃已破損，天窗玻璃未見明顯損傷（圖1c）；貨艙尾門呈V字型凹陷，受力方向為車尾至車頭方向（圖1d）。

2.2 被鑒車輛底盤檢驗

對被鑒車輛底盤進行檢驗，發現被鑒車輛受損區域主要集中在車輛底盤后部。被鑒車輛發動機下護板后部有刮擦痕跡，下護板后部與副車架的連接縫隙內嵌入有樹木殘骸如圖2a所示，副車架后部橫梁中間位置呈凹陷狀態如圖2b所示。變速器底部未發現碰撞和油液泄漏痕跡如圖2c所示，傳動軸和排氣管均有彎折痕跡如圖2d所示。

圖1 被鑒車輛外觀檢驗

2.3 被鑒車輛客艙檢驗（圖3）

對被鑒車輛客艙進行檢驗，客艙整體完好，受損部位主要位于客艙頂部如圖3a所示，電子換擋器外觀無受損痕跡如圖3b所示，制動踏板和加速踏板均未發現受損痕跡如圖3d所示。由于被鑒車輛蓄電池缺電，無法接通電源，因此采用外接蓄電池的方式接通電源，儀表板內顯示胎壓過低等信息如圖4所示。

2.4 被鑒車輛故障碼讀取

由于被鑒車輛蓄電池缺電，無法接通電源，因此采用外接蓄電池的方式接通電源，然后利用故障診斷儀讀取被鑒車輛的故障碼。

圖2 被鑒車輛底盤檢驗受損情況

圖3 被鑒車輛客艙檢驗

圖4 儀表板檢測信息

2.5 被鑒車輛交通事故現場勘驗

被鑒車輛交通事故現場道路為山路，路面材料前半段為水泥路面，后半段為土質路面，無道路標志標線。道路左側為坑洼不平的土質地面，土質地面上散布有大量碎石塊，左側為山體；右側為未有防護的山坡，山坡上有大量滾石和樹木植被。整條道路為一條較長的下坡路。在水泥路和土質路面銜接位置的山體，發現石頭上留有輪胎與石頭的摩擦痕跡，并且有車漆殘留在石頭上。山坡下發現有大量被折斷和鋸斷的樹木。山坡下的樹木殘骸中發現了與被鑒車輛底盤所嵌入的樹木殘骸是同類型的樹木殘骸。經過分析發現事故車的車漆應是車輛前保險杠罩左下方車漆與石頭接觸所致，如圖5所示。

圖5 事故車車漆

3 被鑒車輛電子換擋器分析

3.1 電子換擋器原理

被鑒車輛所使用的電子換擋器是線控換擋機構，是一種不需要任何機械機構，僅通過電信號控制傳動的機構。線控換擋主要由換擋桿和傳感器控制單元組成。當駕駛員掛入某一個擋位時，傳感器就會將擋位請求信號傳送到變速器控制單元TCU，同時，TCU會根據汽車上其它的各種信號（如發動機轉速、車速、節氣門開度、以及安全帶、車門開關信號等）進行分析，根據通信協議進行判斷是否執行換擋請求。如果確認沒有任何問題，TCU會發出指令，給變速器中相應的電磁閥通電或斷電，來控制各種液壓控制閥的通斷，從而實現擋位的切換，并將策略擋位發送給儀表顯示當前擋位。同時，傳感器從CAN總線上接收TCU發出的反饋擋位信號，點亮副儀表板上的擋位指示燈。如果被分析到有錯誤操作的存在，比如向前高速行駛中突然掛R擋，會被TCU認為是錯誤信號，這種情況下TCU就不會給變速器發出操作指令［1］。

3.2 原理圖

被鑒車輛儀表板線束圖以及總線通信系統中PT-CAN（動力CAN）原理圖，如圖6所示，電子換擋器通過PT-CAN與網關相連。

圖6 儀表板線束圖以及總線通信系統中PT-CAN（動力CAN）原理圖

被鑒車輛電子換擋器、網關以及自動變速器總成的原理圖如圖7所示。網關作為汽車網絡系統的核心控制裝置，負責協調不同控制單元的CAN總線網絡及其他數據網絡之間的協議轉換、數據轉換、故障診斷等工作。汽車控制單元的工作電壓一般在10.5～15.0V，如果汽車電源系統提供的工作電壓不正常，就會使得某些控制單元出現短暫的不正常工作，這會引起整個汽車CAN總線系統出現通信不暢。

圖7 電子換擋器、網關以及自動變速器總成的原理圖

3.3 事故當事人描述

事故當事人所述：被鑒車輛發生事故時翻滾至山坡下方，在時隔幾日之后對被鑒車輛實施救援時曾接通過車輛電源。根據SAE J2012-2007《診斷故障代碼定義》 中給出的定義，第一位字母表示的是系統類型：Pxxxx-動力系統，Bxxxx-車身，Cxxxx-底盤，Uxxxx-網路連接相關的系統［2］。由于電子換擋器所記錄的故障碼的第一位字母均為U，因此認定電子換擋器之所以出現“U110116通信電壓過低”和“U010187與TCU（變速器系統）失去通信”這兩個故障碼，是因為車輛在蓄電池電壓低的情況下接通電源，導致電子換擋器出現短暫的不正常工作，引起電子換擋器的CAN總線系統出現通信不暢，生成了相應的故障碼，如圖8所示。

圖8 電子換擋器故障碼

4 被鑒車輛自動變速器分析

4.1 自動變速器原理

被鑒車輛所使用的變速器為采埃孚8HP50液力自動變速器，自動變速器的主要作用是通過液力傳動和行星齒輪組合的方式來實現自動變速，一般由液力變矩器、行星齒輪機構、換擋執行機構、換擋控制系統、換擋操縱機構等裝置組成［3］，如圖9所示。

該變速器有8個前進擋和一個倒車擋，各擋位通過換擋元件切換形成，換擋元件包括片式制動器A和B以及片式離合器C、D和E，形成每個擋位時都有3個換擋元件接合且只有2個換擋元件分離，表1所示為在某一擋位下哪些換擋元件接合。

圖9 自動變速器示意圖

表1 各擋位下換擋元件接合分離情況

自動變速器結構示意圖如圖10所示。片式制動器A和B將某些部件與變速器殼體連接起來并借此使這些部件停止。片式制動器A用于齒輪組1和2的共用太陽輪（太陽輪1/2）制動。片式制動器B用于齒輪組1的齒圈（齒圈1）制動。片式離合器C、D和E用于不同齒輪組的部件彼此連接。片式離合器C 用于連接齒圈3和太陽輪4與輸入軸；片式離合器D用于連接行星架3與行星架4；片式離合器E 用于連接齒圈3和太陽輪4與太陽輪3。

圖10 變速器結構示意圖

齒輪組為行星齒輪結構，行星齒輪示意圖如圖11所示，行星齒輪的最內層為太陽輪，最外層為齒圈，連接內外層的為行星架［4］。

行星齒輪有如下的轉速關系：

式中：a——齒圈齒數與太陽輪齒數的比值。

圖11 行星齒輪示意圖

4.2 被鑒車輛掛倒擋時行駛狀態分析

被鑒車輛掛倒擋時的動力傳遞過程示意如圖12所示：太陽輪1/2在片式制動器A的作用下保持不動。齒圈1在片式制動器B的作用下保持不動。因此與齒圈4固定連接的行星架1也保持靜止。行星架2由輸入軸驅動。行星齒輪在固定的太陽輪1/2上滾動且以較高的轉速驅動齒圈2。太陽輪3也通過固定連接以這個較高的轉速轉動。片式離合器D接合時行星架3與行星架4連接，因此也與輸出軸連接，如圖12所示，圖中標識詳見圖10。

圖12 倒擋時的變速器結構示意圖

圖13 齒輪組4示意圖

圖14 齒輪組3示意圖

該變速器齒輪組4中齒圈4齒數與太陽輪4齒數的比值為a=4。如圖13所示，倒擋狀態下由于齒輪組4中的齒圈4處于靜止狀態，所以ω2=0，因此齒輪組4有如下的轉速關系：

公式（3）表示太陽輪4與行星架4以相同方向轉動。

該變速器齒輪組3中齒圈3齒數與太陽輪3齒數的比值為α=1.6。如圖14所示，倒擋狀態下由于片式離合器D接合，行星架3與行星架4連接，所以ω＇3=ω3，齒圈3與太陽輪4固定連接，所以ω＇2=ω1=5ω3。因此齒輪組3有如下的轉速關系：

公式（6）表示太陽輪3與行星架4以相反方向轉動。

正常情況下車輛從靜止狀態下開始倒車，此刻行星架4和行星架3停止轉動。此時向發動機轉動方向驅動太陽輪3，因此行星齒輪3滾動并逆著發動機轉動方向驅動齒圈3。在此還通過固定連接逆著發動機轉動方向驅動太陽輪4。因為齒圈4處于靜止狀態，所以行星齒輪4滾動并帶動行星架4逆著發動機轉動方向轉動。因為行星架4與輸出軸固定連接，所以輸出軸也逆著發動機轉動方向轉動，汽車向后行駛。

圖15 溜車狀態下車輛倒車示意圖

如果車輛從向前溜車狀態下開始倒車，如圖15所示。根據公式（3）可知，在溜車狀態下行星架4和太陽輪4以相同的方向順著發動機轉動方向轉動；此時又根據公式（6）可知，太陽輪3與行星架4以相反方向轉動，所以太陽輪3會逆著發動機轉動方向轉動。因此在溜車狀態下輸出軸會意圖帶動太陽輪3逆著發動機轉動方向轉動，而此時輸入軸會意圖帶動太陽輪3順著發動機轉動方向轉動，所以當處于倒擋溜車的狀態下踩下加速踏板時，車輛處于正常“倒車趨勢”，不斷的減緩溜車狀態，直到車輛靜止然后變為車輛向后行駛。

綜合分析，當變速器位于倒擋時，不論是車輛處于靜止狀態倒擋行駛還是在下坡向前溜車的狀態下倒擋行駛，車輛均不會有向前加速行駛的現象出現。

4.3 被鑒車輛切換擋位分析

變速器在換擋控制過程中，有專門的控制邏輯，當車速過高時，如果擋位由倒擋到前進擋或者由前進擋到倒擋反向行駛時，會被變速器TCU認為是錯誤信號，這種情況下變速器TCU就不會發出調節油壓改變各個擋位離合器狀態的操作指令，導致相關擋位不工作，以此起到變速器誤操作保護。同時由于被鑒車輛采用的是線控換擋機構，變速器TCU與電子換擋器間通過PT-CAN通信，根據通信協議判斷是否對變速器執行換擋操作。CAN通信會進行自我閉環校驗，如果檢測到信號是錯誤信號，是不會執行的。信號的有效性有統一的報文校驗規范，變速器TCU與電子換擋器之間進行互相校驗，任何一方出現問題都會進行報錯，并導致變速器無法進行換擋操作。被鑒車輛出現與電子換擋器相關（圖8）的數據信息，是因為車輛在蓄電池電壓低的情況下接通電源，導致電子換擋器出現通電自診斷過程中，引起了CAN總線系統通信不暢。再結合電腦診斷儀對變速器系統的診斷結果，未發現變速器系統存在故障，如圖16所示。故變速器不會因自身或電子換擋器信號傳輸錯誤導致變速器前進擋和倒擋之間自行切換。

圖16 故障診斷儀的診斷結果

5 綜合分析

變速器在倒擋位置時，不論是車輛處于靜止狀態倒擋行駛還是在下坡向前溜車的狀態下倒擋行駛，車輛均不會有向前加速行駛的現象出現；同時變速器不會因自身或電子換擋器信號傳輸錯誤導致變速器前進擋和倒擋之間自行切換。