某輕型欄板貨車(chē)失控原因綜合分析

崔福軍，全寶強(qiáng)，張 元，劉志勇

（北京中機(jī)車(chē)輛司法鑒定中心，北京 100070）

1 案例背景介紹

1.1 簡(jiǎn)要案情

某輕型欄板貨車(chē)行駛到某山路時(shí)停車(chē)，在挪車(chē)過(guò)程中車(chē)輛突然失控加速墜下山坡。

1.2 爭(zhēng)議焦點(diǎn)

車(chē)主堅(jiān)持認(rèn)為涉案車(chē)輛在非人為操作下自行切換、后退擋位導(dǎo)致車(chē)輛失控，而廠(chǎng)家堅(jiān)持認(rèn)為車(chē)輛失控是由于駕駛員操作失誤所致。

2 事故情況調(diào)查與勘驗(yàn)

2.1 被鑒車(chē)輛整體外觀(guān)檢驗(yàn)

對(duì)被鑒車(chē)輛進(jìn)行整體外觀(guān)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)被鑒車(chē)輛受損區(qū)域集中在車(chē)輛頂部、后部以及底部區(qū)域，如圖1所示。被鑒車(chē)輛輪胎除左前胎以外，其他輪胎均已失壓（圖1b），車(chē)頂前部因受外力向客艙內(nèi)凹陷，前風(fēng)擋玻璃已破損，天窗玻璃未見(jiàn)明顯損傷（圖1c）；貨艙尾門(mén)呈V字型凹陷，受力方向?yàn)檐?chē)尾至車(chē)頭方向（圖1d）。

2.2 被鑒車(chē)輛底盤(pán)檢驗(yàn)

對(duì)被鑒車(chē)輛底盤(pán)進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)被鑒車(chē)輛受損區(qū)域主要集中在車(chē)輛底盤(pán)后部。被鑒車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)下護(hù)板后部有刮擦痕跡，下護(hù)板后部與副車(chē)架的連接縫隙內(nèi)嵌入有樹(shù)木殘骸如圖2a所示，副車(chē)架后部橫梁中間位置呈凹陷狀態(tài)如圖2b所示。變速器底部未發(fā)現(xiàn)碰撞和油液泄漏痕跡如圖2c所示，傳動(dòng)軸和排氣管均有彎折痕跡如圖2d所示。

圖1 被鑒車(chē)輛外觀(guān)檢驗(yàn)

2.3 被鑒車(chē)輛客艙檢驗(yàn)（圖3）

對(duì)被鑒車(chē)輛客艙進(jìn)行檢驗(yàn)，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(guān)無(wú)受損痕跡如圖3b所示，制動(dòng)踏板和加速踏板均未發(fā)現(xiàn)受損痕跡如圖3d所示。由于被鑒車(chē)輛蓄電池缺電，無(wú)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(nèi)顯示胎壓過(guò)低等信息如圖4所示。

2.4 被鑒車(chē)輛故障碼讀取

由于被鑒車(chē)輛蓄電池缺電，無(wú)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(chē)輛的故障碼。

圖2 被鑒車(chē)輛底盤(pán)檢驗(yàn)受損情況

圖3 被鑒車(chē)輛客艙檢驗(yàn)

圖4 儀表板檢測(cè)信息

2.5 被鑒車(chē)輛交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)

被鑒車(chē)輛交通事故現(xiàn)場(chǎng)道路為山路，路面材料前半段為水泥路面，后半段為土質(zhì)路面，無(wú)道路標(biāo)志標(biāo)線(xiàn)。道路左側(cè)為坑洼不平的土質(zhì)地面，土質(zhì)地面上散布有大量碎石塊，左側(cè)為山體；右側(cè)為未有防護(hù)的山坡，山坡上有大量滾石和樹(shù)木植被。整條道路為一條較長(zhǎng)的下坡路。在水泥路和土質(zhì)路面銜接位置的山體，發(fā)現(xiàn)石頭上留有輪胎與石頭的摩擦痕跡，并且有車(chē)漆殘留在石頭上。山坡下發(fā)現(xiàn)有大量被折斷和鋸斷的樹(shù)木。山坡下的樹(shù)木殘骸中發(fā)現(xiàn)了與被鑒車(chē)輛底盤(pán)所嵌入的樹(shù)木殘骸是同類(lèi)型的樹(shù)木殘骸。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)事故車(chē)的車(chē)漆應(yīng)是車(chē)輛前保險(xiǎn)杠罩左下方車(chē)漆與石頭接觸所致，如圖5所示。

圖5 事故車(chē)車(chē)漆

3 被鑒車(chē)輛電子換擋器分析

3.1 電子換擋器原理

被鑒車(chē)輛所使用的電子換擋器是線(xiàn)控?fù)Q擋機(jī)構(gòu)，是一種不需要任何機(jī)械機(jī)構(gòu)，僅通過(guò)電信號(hào)控制傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)。線(xiàn)控?fù)Q擋主要由換擋桿和傳感器控制單元組成。當(dāng)駕駛員掛入某一個(gè)擋位時(shí)，傳感器就會(huì)將擋位請(qǐng)求信號(hào)傳送到變速器控制單元TCU，同時(shí)，TCU會(huì)根據(jù)汽車(chē)上其它的各種信號(hào)（如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、車(chē)速、節(jié)氣門(mén)開(kāi)度、以及安全帶、車(chē)門(mén)開(kāi)關(guān)信號(hào)等）進(jìn)行分析，根據(jù)通信協(xié)議進(jìn)行判斷是否執(zhí)行換擋請(qǐng)求。如果確認(rèn)沒(méi)有任何問(wèn)題，TCU會(huì)發(fā)出指令，給變速器中相應(yīng)的電磁閥通電或斷電，來(lái)控制各種液壓控制閥的通斷，從而實(shí)現(xiàn)擋位的切換，并將策略擋位發(fā)送給儀表顯示當(dāng)前擋位。同時(shí)，傳感器從CAN總線(xiàn)上接收TCU發(fā)出的反饋擋位信號(hào)，點(diǎn)亮副儀表板上的擋位指示燈。如果被分析到有錯(cuò)誤操作的存在，比如向前高速行駛中突然掛R擋，會(huì)被TCU認(rèn)為是錯(cuò)誤信號(hào)，這種情況下TCU就不會(huì)給變速器發(fā)出操作指令［1］。

3.2 原理圖

被鑒車(chē)輛儀表板線(xiàn)束圖以及總線(xiàn)通信系統(tǒng)中PT-CAN（動(dòng)力CAN）原理圖，如圖6所示，電子換擋器通過(guò)PT-CAN與網(wǎng)關(guān)相連。

圖6 儀表板線(xiàn)束圖以及總線(xiàn)通信系統(tǒng)中PT-CAN（動(dòng)力CAN）原理圖

被鑒車(chē)輛電子換擋器、網(wǎng)關(guān)以及自動(dòng)變速器總成的原理圖如圖7所示。網(wǎng)關(guān)作為汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心控制裝置，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)不同控制單元的CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)及其他數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、故障診斷等工作。汽車(chē)控制單元的工作電壓一般在10.5～15.0V，如果汽車(chē)電源系統(tǒng)提供的工作電壓不正常，就會(huì)使得某些控制單元出現(xiàn)短暫的不正常工作，這會(huì)引起整個(gè)汽車(chē)CAN總線(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)通信不暢。

圖7 電子換擋器、網(wǎng)關(guān)以及自動(dòng)變速器總成的原理圖

3.3 事故當(dāng)事人描述

事故當(dāng)事人所述：被鑒車(chē)輛發(fā)生事故時(shí)翻滾至山坡下方，在時(shí)隔幾日之后對(duì)被鑒車(chē)輛實(shí)施救援時(shí)曾接通過(guò)車(chē)輛電源。根據(jù)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(tǒng)類(lèi)型：Pxxxx-動(dòng)力系統(tǒng)，Bxxxx-車(chē)身，Cxxxx-底盤(pán)，Uxxxx-網(wǎng)路連接相關(guān)的系統(tǒng)［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(rèn)定電子換擋器之所以出現(xiàn)“U110116通信電壓過(guò)低”和“U010187與TCU（變速器系統(tǒng)）失去通信”這兩個(gè)故障碼，是因?yàn)檐?chē)輛在蓄電池電壓低的情況下接通電源，導(dǎo)致電子換擋器出現(xiàn)短暫的不正常工作，引起電子換擋器的CAN總線(xiàn)系統(tǒng)出現(xiàn)通信不暢，生成了相應(yīng)的故障碼，如圖8所示。

圖8 電子換擋器故障碼

4 被鑒車(chē)輛自動(dòng)變速器分析

4.1 自動(dòng)變速器原理

被鑒車(chē)輛所使用的變速器為采埃孚8HP50液力自動(dòng)變速器，自動(dòng)變速器的主要作用是通過(guò)液力傳動(dòng)和行星齒輪組合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速，一般由液力變矩器、行星齒輪機(jī)構(gòu)、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)、換擋控制系統(tǒng)、換擋操縱機(jī)構(gòu)等裝置組成［3］，如圖9所示。

該變速器有8個(gè)前進(jìn)擋和一個(gè)倒車(chē)擋，各擋位通過(guò)換擋元件切換形成，換擋元件包括片式制動(dòng)器A和B以及片式離合器C、D和E，形成每個(gè)擋位時(shí)都有3個(gè)換擋元件接合且只有2個(gè)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(dòng)變速器示意圖

表1 各擋位下?lián)Q擋元件接合分離情況

自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)示意圖如圖10所示。片式制動(dòng)器A和B將某些部件與變速器殼體連接起來(lái)并借此使這些部件停止。片式制動(dòng)器A用于齒輪組1和2的共用太陽(yáng)輪（太陽(yáng)輪1/2）制動(dòng)。片式制動(dòng)器B用于齒輪組1的齒圈（齒圈1）制動(dòng)。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(yáng)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(yáng)輪4與太陽(yáng)輪3。

圖10 變速器結(jié)構(gòu)示意圖

齒輪組為行星齒輪結(jié)構(gòu)，行星齒輪示意圖如圖11所示，行星齒輪的最內(nèi)層為太陽(yáng)輪，最外層為齒圈，連接內(nèi)外層的為行星架［4］。

行星齒輪有如下的轉(zhuǎn)速關(guān)系：

式中：a——齒圈齒數(shù)與太陽(yáng)輪齒數(shù)的比值。

圖11 行星齒輪示意圖

4.2 被鑒車(chē)輛掛倒擋時(shí)行駛狀態(tài)分析

被鑒車(chē)輛掛倒擋時(shí)的動(dòng)力傳遞過(guò)程示意如圖12所示：太陽(yáng)輪1/2在片式制動(dòng)器A的作用下保持不動(dòng)。齒圈1在片式制動(dòng)器B的作用下保持不動(dòng)。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(qū)動(dòng)。行星齒輪在固定的太陽(yáng)輪1/2上滾動(dòng)且以較高的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)齒圈2。太陽(yáng)輪3也通過(guò)固定連接以這個(gè)較高的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。片式離合器D接合時(shí)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(biāo)識(shí)詳見(jiàn)圖10。

圖12 倒擋時(shí)的變速器結(jié)構(gòu)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(shù)與太陽(yáng)輪4齒數(shù)的比值為a=4。如圖13所示，倒擋狀態(tài)下由于齒輪組4中的齒圈4處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以ω2=0，因此齒輪組4有如下的轉(zhuǎn)速關(guān)系：

公式（3）表示太陽(yáng)輪4與行星架4以相同方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

該變速器齒輪組3中齒圈3齒數(shù)與太陽(yáng)輪3齒數(shù)的比值為α=1.6。如圖14所示，倒擋狀態(tài)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(yáng)輪4固定連接，所以ω＇2=ω1=5ω3。因此齒輪組3有如下的轉(zhuǎn)速關(guān)系：

公式（6）表示太陽(yáng)輪3與行星架4以相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

正常情況下車(chē)輛從靜止?fàn)顟B(tài)下開(kāi)始倒車(chē)，此刻行星架4和行星架3停止轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)輪3，因此行星齒輪3滾動(dòng)并逆著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向驅(qū)動(dòng)齒圈3。在此還通過(guò)固定連接逆著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)輪4。因?yàn)辇X圈4處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以行星齒輪4滾動(dòng)并帶動(dòng)行星架4逆著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)樾行羌?與輸出軸固定連接，所以輸出軸也逆著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，汽車(chē)向后行駛。

圖15 溜車(chē)狀態(tài)下車(chē)輛倒車(chē)示意圖

如果車(chē)輛從向前溜車(chē)狀態(tài)下開(kāi)始倒車(chē)，如圖15所示。根據(jù)公式（3）可知，在溜車(chē)狀態(tài)下行星架4和太陽(yáng)輪4以相同的方向順著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；此時(shí)又根據(jù)公式（6）可知，太陽(yáng)輪3與行星架4以相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，所以太陽(yáng)輪3會(huì)逆著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。因此在溜車(chē)狀態(tài)下輸出軸會(huì)意圖帶動(dòng)太陽(yáng)輪3逆著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而此時(shí)輸入軸會(huì)意圖帶動(dòng)太陽(yáng)輪3順著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，所以當(dāng)處于倒擋溜車(chē)的狀態(tài)下踩下加速踏板時(shí)，車(chē)輛處于正?！暗管?chē)趨勢(shì)”，不斷的減緩溜車(chē)狀態(tài)，直到車(chē)輛靜止然后變?yōu)檐?chē)輛向后行駛。

綜合分析，當(dāng)變速器位于倒擋時(shí)，不論是車(chē)輛處于靜止?fàn)顟B(tài)倒擋行駛還是在下坡向前溜車(chē)的狀態(tài)下倒擋行駛，車(chē)輛均不會(huì)有向前加速行駛的現(xiàn)象出現(xiàn)。

4.3 被鑒車(chē)輛切換擋位分析

變速器在換擋控制過(guò)程中，有專(zhuān)門(mén)的控制邏輯，當(dāng)車(chē)速過(guò)高時(shí)，如果擋位由倒擋到前進(jìn)擋或者由前進(jìn)擋到倒擋反向行駛時(shí)，會(huì)被變速器TCU認(rèn)為是錯(cuò)誤信號(hào)，這種情況下變速器TCU就不會(huì)發(fā)出調(diào)節(jié)油壓改變各個(gè)擋位離合器狀態(tài)的操作指令，導(dǎo)致相關(guān)擋位不工作，以此起到變速器誤操作保護(hù)。同時(shí)由于被鑒車(chē)輛采用的是線(xiàn)控?fù)Q擋機(jī)構(gòu)，變速器TCU與電子換擋器間通過(guò)PT-CAN通信，根據(jù)通信協(xié)議判斷是否對(duì)變速器執(zhí)行換擋操作。CAN通信會(huì)進(jìn)行自我閉環(huán)校驗(yàn)，如果檢測(cè)到信號(hào)是錯(cuò)誤信號(hào)，是不會(huì)執(zhí)行的。信號(hào)的有效性有統(tǒng)一的報(bào)文校驗(yàn)規(guī)范，變速器TCU與電子換擋器之間進(jìn)行互相校驗(yàn)，任何一方出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)進(jìn)行報(bào)錯(cuò)，并導(dǎo)致變速器無(wú)法進(jìn)行換擋操作。被鑒車(chē)輛出現(xiàn)與電子換擋器相關(guān)（圖8）的數(shù)據(jù)信息，是因?yàn)檐?chē)輛在蓄電池電壓低的情況下接通電源，導(dǎo)致電子換擋器出現(xiàn)通電自診斷過(guò)程中，引起了CAN總線(xiàn)系統(tǒng)通信不暢。再結(jié)合電腦診斷儀對(duì)變速器系統(tǒng)的診斷結(jié)果，未發(fā)現(xiàn)變速器系統(tǒng)存在故障，如圖16所示。故變速器不會(huì)因自身或電子換擋器信號(hào)傳輸錯(cuò)誤導(dǎo)致變速器前進(jìn)擋和倒擋之間自行切換。

圖16 故障診斷儀的診斷結(jié)果

5 綜合分析

變速器在倒擋位置時(shí)，不論是車(chē)輛處于靜止?fàn)顟B(tài)倒擋行駛還是在下坡向前溜車(chē)的狀態(tài)下倒擋行駛，車(chē)輛均不會(huì)有向前加速行駛的現(xiàn)象出現(xiàn)；同時(shí)變速器不會(huì)因自身或電子換擋器信號(hào)傳輸錯(cuò)誤導(dǎo)致變速器前進(jìn)擋和倒擋之間自行切換。