某轻型栏板货车失控原因综合分析

崔福军，全宝强，张 元，刘志勇

（北京中机车辆司法鉴定中心，北京 100070）

1 案例背景介绍

1.1 简要案情

某轻型栏板货车行驶到某山路时停车，在挪车过程中车辆突然失控加速坠下山坡。

1.2 争议焦点

车主坚持认为涉案车辆在非人为操作下自行切换、后退挡位导致车辆失控，而厂家坚持认为车辆失控是由于驾驶员操作失误所致。

2 事故情况调查与勘验

2.1 被鉴车辆整体外观检验

对被鉴车辆进行整体外观检验，发现被鉴车辆受损区域集中在车辆顶部、后部以及底部区域，如图1所示。被鉴车辆轮胎除左前胎以外，其他轮胎均已失压（图1b），车顶前部因受外力向客舱内凹陷，前风挡玻璃已破损，天窗玻璃未见明显损伤（图1c）；货舱尾门呈V字型凹陷，受力方向为车尾至车头方向（图1d）。

2.2 被鉴车辆底盘检验

对被鉴车辆底盘进行检验，发现被鉴车辆受损区域主要集中在车辆底盘后部。被鉴车辆发动机下护板后部有刮擦痕迹，下护板后部与副车架的连接缝隙内嵌入有树木残骸如图2a所示，副车架后部横梁中间位置呈凹陷状态如图2b所示。变速器底部未发现碰撞和油液泄漏痕迹如图2c所示，传动轴和排气管均有弯折痕迹如图2d所示。

图1 被鉴车辆外观检验

2.3 被鉴车辆客舱检验（图3）

对被鉴车辆客舱进行检验，客舱整体完好，受损部位主要位于客舱顶部如图3a所示，电子换挡器外观无受损痕迹如图3b所示，制动踏板和加速踏板均未发现受损痕迹如图3d所示。由于被鉴车辆蓄电池缺电，无法接通电源，因此采用外接蓄电池的方式接通电源，仪表板内显示胎压过低等信息如图4所示。

2.4 被鉴车辆故障码读取

由于被鉴车辆蓄电池缺电，无法接通电源，因此采用外接蓄电池的方式接通电源，然后利用故障诊断仪读取被鉴车辆的故障码。

图2 被鉴车辆底盘检验受损情况

图3 被鉴车辆客舱检验

图4 仪表板检测信息

2.5 被鉴车辆交通事故现场勘验

被鉴车辆交通事故现场道路为山路，路面材料前半段为水泥路面，后半段为土质路面，无道路标志标线。道路左侧为坑洼不平的土质地面，土质地面上散布有大量碎石块，左侧为山体；右侧为未有防护的山坡，山坡上有大量滚石和树木植被。整条道路为一条较长的下坡路。在水泥路和土质路面衔接位置的山体，发现石头上留有轮胎与石头的摩擦痕迹，并且有车漆残留在石头上。山坡下发现有大量被折断和锯断的树木。山坡下的树木残骸中发现了与被鉴车辆底盘所嵌入的树木残骸是同类型的树木残骸。经过分析发现事故车的车漆应是车辆前保险杠罩左下方车漆与石头接触所致，如图5所示。

图5 事故车车漆

3 被鉴车辆电子换挡器分析

3.1 电子换挡器原理

被鉴车辆所使用的电子换挡器是线控换挡机构，是一种不需要任何机械机构，仅通过电信号控制传动的机构。线控换挡主要由换挡杆和传感器控制单元组成。当驾驶员挂入某一个挡位时，传感器就会将挡位请求信号传送到变速器控制单元TCU，同时，TCU会根据汽车上其它的各种信号（如发动机转速、车速、节气门开度、以及安全带、车门开关信号等）进行分析，根据通信协议进行判断是否执行换挡请求。如果确认没有任何问题，TCU会发出指令，给变速器中相应的电磁阀通电或断电，来控制各种液压控制阀的通断，从而实现挡位的切换，并将策略挡位发送给仪表显示当前挡位。同时，传感器从CAN总线上接收TCU发出的反馈挡位信号，点亮副仪表板上的挡位指示灯。如果被分析到有错误操作的存在，比如向前高速行驶中突然挂R挡，会被TCU认为是错误信号，这种情况下TCU就不会给变速器发出操作指令［1］。

3.2 原理图

被鉴车辆仪表板线束图以及总线通信系统中PT-CAN（动力CAN）原理图，如图6所示，电子换挡器通过PT-CAN与网关相连。

图6 仪表板线束图以及总线通信系统中PT-CAN（动力CAN）原理图

被鉴车辆电子换挡器、网关以及自动变速器总成的原理图如图7所示。网关作为汽车网络系统的核心控制装置，负责协调不同控制单元的CAN总线网络及其他数据网络之间的协议转换、数据转换、故障诊断等工作。汽车控制单元的工作电压一般在10.5～15.0V，如果汽车电源系统提供的工作电压不正常，就会使得某些控制单元出现短暂的不正常工作，这会引起整个汽车CAN总线系统出现通信不畅。

图7 电子换挡器、网关以及自动变速器总成的原理图

3.3 事故当事人描述

事故当事人所述：被鉴车辆发生事故时翻滚至山坡下方，在时隔几日之后对被鉴车辆实施救援时曾接通过车辆电源。根据SAE J2012-2007《诊断故障代码定义》 中给出的定义，第一位字母表示的是系统类型：Pxxxx-动力系统，Bxxxx-车身，Cxxxx-底盘，Uxxxx-网路连接相关的系统［2］。由于电子换挡器所记录的故障码的第一位字母均为U，因此认定电子换挡器之所以出现“U110116通信电压过低”和“U010187与TCU（变速器系统）失去通信”这两个故障码，是因为车辆在蓄电池电压低的情况下接通电源，导致电子换挡器出现短暂的不正常工作，引起电子换挡器的CAN总线系统出现通信不畅，生成了相应的故障码，如图8所示。

图8 电子换挡器故障码

4 被鉴车辆自动变速器分析

4.1 自动变速器原理

被鉴车辆所使用的变速器为采埃孚8HP50液力自动变速器，自动变速器的主要作用是通过液力传动和行星齿轮组合的方式来实现自动变速，一般由液力变矩器、行星齿轮机构、换挡执行机构、换挡控制系统、换挡操纵机构等装置组成［3］，如图9所示。

该变速器有8个前进挡和一个倒车挡，各挡位通过换挡元件切换形成，换挡元件包括片式制动器A和B以及片式离合器C、D和E，形成每个挡位时都有3个换挡元件接合且只有2个换挡元件分离，表1所示为在某一挡位下哪些换挡元件接合。

图9 自动变速器示意图

表1 各挡位下换挡元件接合分离情况

自动变速器结构示意图如图10所示。片式制动器A和B将某些部件与变速器壳体连接起来并借此使这些部件停止。片式制动器A用于齿轮组1和2的共用太阳轮（太阳轮1/2）制动。片式制动器B用于齿轮组1的齿圈（齿圈1）制动。片式离合器C、D和E用于不同齿轮组的部件彼此连接。片式离合器C 用于连接齿圈3和太阳轮4与输入轴；片式离合器D用于连接行星架3与行星架4；片式离合器E 用于连接齿圈3和太阳轮4与太阳轮3。

图10 变速器结构示意图

齿轮组为行星齿轮结构，行星齿轮示意图如图11所示，行星齿轮的最内层为太阳轮，最外层为齿圈，连接内外层的为行星架［4］。

行星齿轮有如下的转速关系：

式中：a——齿圈齿数与太阳轮齿数的比值。

图11 行星齿轮示意图

4.2 被鉴车辆挂倒挡时行驶状态分析

被鉴车辆挂倒挡时的动力传递过程示意如图12所示：太阳轮1/2在片式制动器A的作用下保持不动。齿圈1在片式制动器B的作用下保持不动。因此与齿圈4固定连接的行星架1也保持静止。行星架2由输入轴驱动。行星齿轮在固定的太阳轮1/2上滚动且以较高的转速驱动齿圈2。太阳轮3也通过固定连接以这个较高的转速转动。片式离合器D接合时行星架3与行星架4连接，因此也与输出轴连接，如图12所示，图中标识详见图10。

图12 倒挡时的变速器结构示意图

图13 齿轮组4示意图

图14 齿轮组3示意图

该变速器齿轮组4中齿圈4齿数与太阳轮4齿数的比值为a=4。如图13所示，倒挡状态下由于齿轮组4中的齿圈4处于静止状态，所以ω2=0，因此齿轮组4有如下的转速关系：

公式（3）表示太阳轮4与行星架4以相同方向转动。

该变速器齿轮组3中齿圈3齿数与太阳轮3齿数的比值为α=1.6。如图14所示，倒挡状态下由于片式离合器D接合，行星架3与行星架4连接，所以ω＇3=ω3，齿圈3与太阳轮4固定连接，所以ω＇2=ω1=5ω3。因此齿轮组3有如下的转速关系：

公式（6）表示太阳轮3与行星架4以相反方向转动。

正常情况下车辆从静止状态下开始倒车，此刻行星架4和行星架3停止转动。此时向发动机转动方向驱动太阳轮3，因此行星齿轮3滚动并逆着发动机转动方向驱动齿圈3。在此还通过固定连接逆着发动机转动方向驱动太阳轮4。因为齿圈4处于静止状态，所以行星齿轮4滚动并带动行星架4逆着发动机转动方向转动。因为行星架4与输出轴固定连接，所以输出轴也逆着发动机转动方向转动，汽车向后行驶。

图15 溜车状态下车辆倒车示意图

如果车辆从向前溜车状态下开始倒车，如图15所示。根据公式（3）可知，在溜车状态下行星架4和太阳轮4以相同的方向顺着发动机转动方向转动；此时又根据公式（6）可知，太阳轮3与行星架4以相反方向转动，所以太阳轮3会逆着发动机转动方向转动。因此在溜车状态下输出轴会意图带动太阳轮3逆着发动机转动方向转动，而此时输入轴会意图带动太阳轮3顺着发动机转动方向转动，所以当处于倒挡溜车的状态下踩下加速踏板时，车辆处于正常“倒车趋势”，不断的减缓溜车状态，直到车辆静止然后变为车辆向后行驶。

综合分析，当变速器位于倒挡时，不论是车辆处于静止状态倒挡行驶还是在下坡向前溜车的状态下倒挡行驶，车辆均不会有向前加速行驶的现象出现。

4.3 被鉴车辆切换挡位分析

变速器在换挡控制过程中，有专门的控制逻辑，当车速过高时，如果挡位由倒挡到前进挡或者由前进挡到倒挡反向行驶时，会被变速器TCU认为是错误信号，这种情况下变速器TCU就不会发出调节油压改变各个挡位离合器状态的操作指令，导致相关挡位不工作，以此起到变速器误操作保护。同时由于被鉴车辆采用的是线控换挡机构，变速器TCU与电子换挡器间通过PT-CAN通信，根据通信协议判断是否对变速器执行换挡操作。CAN通信会进行自我闭环校验，如果检测到信号是错误信号，是不会执行的。信号的有效性有统一的报文校验规范，变速器TCU与电子换挡器之间进行互相校验，任何一方出现问题都会进行报错，并导致变速器无法进行换挡操作。被鉴车辆出现与电子换挡器相关（图8）的数据信息，是因为车辆在蓄电池电压低的情况下接通电源，导致电子换挡器出现通电自诊断过程中，引起了CAN总线系统通信不畅。再结合电脑诊断仪对变速器系统的诊断结果，未发现变速器系统存在故障，如图16所示。故变速器不会因自身或电子换挡器信号传输错误导致变速器前进挡和倒挡之间自行切换。

图16 故障诊断仪的诊断结果

5 综合分析

变速器在倒挡位置时，不论是车辆处于静止状态倒挡行驶还是在下坡向前溜车的状态下倒挡行驶，车辆均不会有向前加速行驶的现象出现；同时变速器不会因自身或电子换挡器信号传输错误导致变速器前进挡和倒挡之间自行切换。