摘要：以一款在研純電動環(huán)衛(wèi)車專用底盤為原型，在調(diào)試階段，駕駛員反饋整車靜止時正常掛上R擋，松開手剎后踩小油門車往前挪動，回N擋后問題消失。雖然該故障發(fā)生的概率低，但有發(fā)生的可能性，必須找到該問題的原因。最后通過采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、優(yōu)化軟件控制程序、臺架耐久驗證等措施成功解決上述問題，此研究對解決變速箱擋位異常有著極為重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：純電動專用車；變速箱；整車控制器；擋位異常；解決方案

中圖分類號：U467.1" " " 收稿日期：2025-01-19" " " DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2025.04.007

Abnormal Gear Position of the Chassis Gearbox of a Certain Pure Electric Special Vehicle Analysis and Solutions

Zeng Haijun

CRRC Times Electric Vehicle Co.，Ltd.，Zhuzhou 412007，China

Abstract：Based on a prototype of a pure electric sanitation vehicle under development， during the debugging phase， the driver reported that the vehicle was normally in R gear when it was stationary. After releasing the handbrake and stepping on the gas pedal， the vehicle moved forward and the problem disappeared after returning to N gear. Although the probability of this malfunction occurring is low， there is a possibility of it happening， and it is necessary to find the cause of the problem. Finally， the above problems were successfully solved through measures such as data collection， data analysis， optimization of software control programs， and bench durability verification， which has extremely important guiding significance for solving abnormal transmission gear positions.

Key words：Pure electric special-purpose vehicles;Transmission case;Vehicle controller;Abnormal gear position;Solution

1 新能源商用車變速箱的主要類型及工作模式

當(dāng)前，在國家和地方政府政策的鼓勵和推動下，各地紛紛響應(yīng)并制定了環(huán)衛(wèi)車輛新能源替代的具體目標(biāo)，明確了環(huán)衛(wèi)車輛新能源化的時間表［1-3］。純電動專用車底盤的變速箱與傳統(tǒng)燃油車存在顯著差異，其設(shè)計更注重效率優(yōu)化、動力適配和系統(tǒng)集成。

a.單擋減速器：其特點是無傳統(tǒng)多擋位結(jié)構(gòu)，僅通過固定速比的齒輪組實現(xiàn)電機輸出轉(zhuǎn)速與車輪轉(zhuǎn)速的匹配。工作模式：①直接驅(qū)動模式：電機輸出動力經(jīng)減速器直接傳遞至驅(qū)動橋，依賴電機寬轉(zhuǎn)速范圍的高效區(qū)間運行。②能量回收模式：車輛減速時，電機切換為發(fā)電機模式，通過減速器反向傳遞制動力并回收電能。優(yōu)勢：結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低，適用于城市專用車等中低速場景。

b.多擋變速箱：其結(jié)構(gòu)特點是采用2～4擋變速機構(gòu)（如行星齒輪組或平行軸結(jié)構(gòu)），擴(kuò)展電機高效工作區(qū)間。工作模式：①智能換擋模式：根據(jù)車速、負(fù)載及坡度動態(tài)調(diào)整擋位，提升高速巡航效率或爬坡扭矩。②動力耦合模式（混動車型）：協(xié)調(diào)電機與內(nèi)燃機的動力輸出，實現(xiàn)串聯(lián)、并聯(lián)或功率分流。優(yōu)勢：適應(yīng)復(fù)雜工況（如長途重載運輸），提升續(xù)航里程與動力性能。

c.集成式電驅(qū)橋：其結(jié)構(gòu)特點是電機、減速器、差速器高度集成，部分方案包含2擋變速功能。工作模式：①緊湊驅(qū)動模式：通過輕量化設(shè)計減少傳動損耗，適用于輕卡或公交車型。②動態(tài)扭矩分配：結(jié)合電子控制實現(xiàn)輪間扭矩矢量控制，提升濕滑路面穩(wěn)定性。

2 變速箱故障的表現(xiàn)及后果

2.1 機械故障

a.典型表現(xiàn)。

①異響與振動：齒輪磨損、軸承損壞時產(chǎn)生高頻噪聲，車輛加速或負(fù)載突變時振動加劇。

②動力中斷：離合器卡滯或同步器失效導(dǎo)致?lián)Q擋失敗，車輛突然失去驅(qū)動力。

③油液泄漏：密封件老化或殼體破裂導(dǎo)致潤滑不足，引發(fā)過熱甚至齒輪咬合失效。

b.后果。

①運營中斷：專用車影響作業(yè)、物流車輛拋錨導(dǎo)致貨物交付延誤、公交車輛停運影響公共交通。

②維修成本高：電驅(qū)橋集成化設(shè)計使維修需整體拆解，工時與備件費用顯著增加。

③安全隱患：高速行駛中動力中斷可能引發(fā)追尾事故，重載爬坡時溜車風(fēng)險劇增。

2.2 電控故障

a.典型表現(xiàn)。

①換擋邏輯混亂：TCU軟件故障或傳感器信號失真導(dǎo)致?lián)跷活l繁跳變或鎖死在某一擋位。

②能量回收失效：減速時無法切換至發(fā)電模式，導(dǎo)致制動距離延長、溫度升高、電池充電效率下降。

③通信中斷：CAN總線故障導(dǎo)致VCU與TCU失聯(lián)，整車進(jìn)入跛行模式（限速或限功率）。

b.后果。

①效率下降：擋位匹配失準(zhǔn)導(dǎo)致電耗增加。

②系統(tǒng)連鎖故障：電機因過載保護(hù)頻繁觸發(fā)，電池因異常充放電加速老化。

③品牌聲譽受損：批量車輛因軟件缺陷召回將影響企業(yè)市場信任度。

2.3 特殊場景下的風(fēng)險放大

a.低溫環(huán)境：變速箱油液黏度升高導(dǎo)致?lián)Q擋延遲，加劇機械磨損。

b.持續(xù)重載：長期滿載運行，可能引發(fā)齒輪疲勞斷裂，造成災(zāi)難性失效。

3 故障現(xiàn)象

故障現(xiàn)象：在車輛下線調(diào)試階段，駕駛員反饋整車靜止時正常掛上倒擋（R擋），松開手剎后輕度踩油門發(fā)現(xiàn)車往前移動，踩住剎車后，將擋位退回到空擋（N擋），然后再掛到倒擋（R擋），但故障未重現(xiàn)，雖然故障概率低，但仍需將故障復(fù)現(xiàn)，找到原因，并解決問題。

4 車輛的動力傳動路線圖

4.1 總體結(jié)構(gòu)

新能源專用車動力傳動路線需根據(jù)車輛類型、能源類型及使用場景進(jìn)行差異化設(shè)計。車型布置與傳統(tǒng)商用車布置幾乎差不多，將傳統(tǒng)商用車的發(fā)動機、燃油箱等部件用動力電池和電機電控代替，在VCU的控制下使車輛按駕駛員的意圖運動[4]。

4.2 動力傳動路徑

純電動專用車底盤的動力傳動路線如圖1所示。

動力傳動路徑：動力電池→多合一控制總成→電機→變速箱→傳動軸→驅(qū)動橋→車輪。

新能源專用車動力傳動路線圖呈現(xiàn)“多元化、集成化、智能化”的發(fā)展趨勢。隨著碳化硅器件、智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的成熟，動力傳動系統(tǒng)將向“更低損耗、更高可靠、全生命周期可控”方向演進(jìn)。

5 數(shù)據(jù)分析及解決方案

5.1 測試設(shè)備

本次測試借助筆記本電腦、CAN卡、Eclipse for TriCore、Origin8、FlashSpirit、MATLAB、ECTEK Measure Data Analyzer V2等工具和軟件對電機轉(zhuǎn)速、扭矩、電流、工作指令等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析；借助ES581、CANOE等設(shè)備對TCU進(jìn)行模擬發(fā)送報文（仿真整車數(shù)據(jù)）和實施讀取報文曲線，并且可以編寫自動化測試腳本進(jìn)行全自動化測試和標(biāo)定，如圖2所示。

5.2 數(shù)據(jù)分析及解決方案

5.2.1 數(shù)據(jù)分析

TCU數(shù)據(jù)如圖3所示。

a.階段1：從采集數(shù)據(jù)分析，VCU請求的R擋位，TCU也正常響應(yīng)在R擋位。

b.階段2：VCU請求小扭矩5 N·m，此時TCU也將扭矩請求5 N·m轉(zhuǎn)發(fā)給MCU，MCU反饋為5 N·m，電機轉(zhuǎn)速緩慢上升，并且此時TCU的換擋請求標(biāo)志位置1。

c.階段3：VCU請求扭矩為0 N·m，MCU反饋扭矩為0，電機轉(zhuǎn)速緩慢降低至0 r/min。

初步推論：

a.在數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)VCU請求扭矩時刻與整車反饋往前移的現(xiàn)象匹配。此時VCU請求5 N·m，TCU請求5 N·m，MCU反饋5 N·m，實際請求與整車表現(xiàn)一致，因此懷疑預(yù)期驅(qū)動方向與實際驅(qū)動方向相反，關(guān)聯(lián)變量異常。

b.在實際R擋過程中TCU的請求換擋標(biāo)志位置1，MCU受控TCU，在換擋過程以及PTO請求時候TCU會將請求換擋標(biāo)志位置1，但實際已經(jīng)完成R擋動作，因此需要確認(rèn)下取力器的應(yīng)用請求工況進(jìn)行排查。

5.2.2 臺架端問題復(fù)現(xiàn)排查

根據(jù)整車操作反饋和數(shù)據(jù)分析，按照取力器請求以及掛入R擋位請求對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整并進(jìn)行臺架耐久驗證，分別進(jìn)行500次試驗，驗證情況如下：

a.根據(jù)前面分析模擬整車信號進(jìn)行排查，N-R擋位切換耐久驗證。結(jié)果：正常響應(yīng)擋位請求和扭矩請求，換擋請求標(biāo)志位置0。

b.掛N擋位，然后掛D擋位再掛N擋位再切換為R擋位，進(jìn)行扭矩請求耐久驗證。結(jié)果：正常響應(yīng)擋位請求和扭矩請求，換擋請求標(biāo)志位置0。

c.掛N擋位，過3 s后取力器請求，再經(jīng)過3 s后掛R擋位耐久驗證。結(jié)果：正常響應(yīng)擋位請求和扭矩請求，換擋請求標(biāo)志位置0。

d.掛N擋位，過1 s后取力器請求，再經(jīng)過3 s后掛R擋位耐久驗證。結(jié)果：正常響應(yīng)擋位請求和扭矩請求，換擋請求標(biāo)志位置0。

e.掛N擋位，過3 s后取力器請求，再經(jīng)過3 s后掛R擋位耐久驗證。結(jié)果：正常響應(yīng)擋位請求和扭矩請求，換擋請求標(biāo)志位置0。

f.掛N擋位，過3 s后取力器請求，再經(jīng)過1 s后掛R擋位耐久驗證。結(jié)果：正常響應(yīng)擋位請求掛入R擋，掛入R擋位后TCU的換擋請求標(biāo)志位還是置1狀態(tài)，請求N擋后恢復(fù)正常，換擋請求標(biāo)志位置0。

在最后一個測試結(jié)果中，在N擋請求取力后快速切換R擋，換擋標(biāo)志位一直為1，問題復(fù)現(xiàn)，與整車實際數(shù)據(jù)表現(xiàn)是相符的。

5.2.3 根本原因

根據(jù)臺架驗證測試情況，臺架表現(xiàn)與整車表現(xiàn)一致，并且能夠正常觸發(fā)此故障。

a.TCU換擋請求標(biāo)志位在R擋時候置1。換擋請求標(biāo)志位為1時TCU接管MCU，標(biāo)志位為0時VCU接管MCU。TCU在取力器請求的時候，會有2 s時間請求MCU小扭矩轉(zhuǎn)動讓取力器能夠成功結(jié)合，2 s后會退出請求模式。整車上N擋位請求取力工況后，立馬掛入R擋位，基于整車R擋位無取力工況，因此并未在R擋位上進(jìn)行取力器工況處理，整車掛入R擋位后依然保持著取力模式，此時換擋請求標(biāo)志位一直為1。

b.R擋位請求扭矩前移。R擋時換擋請求值為1，此時TCU接管MCU進(jìn)行控制。在TCU接管MCU控制時候，TCU請求MCU扭矩信號是直接帶方向的；在已經(jīng)掛入R擋位，此時TCU直接將VCU的請求扭矩5 N·m轉(zhuǎn)發(fā)給MCU，MCU響應(yīng)5 N·m后出現(xiàn)前挪的現(xiàn)象。根據(jù)CAN矩陣定義，VCU請求扭矩范圍是-32 000～32 000 N·m，也就是帶方向的，基于其他項目經(jīng)驗整車請求方向都是以此扭矩單獨信號的正負(fù)作為方向信號。實際上VCU在R擋時請求的扭矩值都為正值，沒有負(fù)號，是通過其他兩個信號來進(jìn)行邏輯判斷方向的，因此TCU只將此VCU的請求扭矩值轉(zhuǎn)發(fā)給MCU后就出現(xiàn)了前移的現(xiàn)象，當(dāng)擋位切換為N/D擋時則會自動恢復(fù)。

5.2.4 解決方案

TCU增加R擋取力工況判斷并進(jìn)行軟件優(yōu)化。

a.對各個擋位D/N/R在收到VCU的PTO斷開請求或者PTO繼電器斷開請求則立馬退出，將TCU換擋請求標(biāo)志位置0。

b.在R擋位傳遞VCU扭矩時候，對VCU請求的ECUCmdR和ECUCmdD信號進(jìn)行判斷處理，當(dāng)ECUCmdR=1且ECUCmdD=0時，將VCU請求的扭矩值加上負(fù)方向信號。

5.2.5 臺架測試驗證

數(shù)據(jù)分析如圖4所示。

a.從數(shù)據(jù)中可以看到，在N擋時候請求PTO然后立馬請求掛R擋位，TCU正常掛入R擋位。b.掛入R擋位后TCU的換擋請求標(biāo)志位置0。c.掛入R擋后，模擬VCU請求發(fā)送14 N·m指令，并且把ECUCmdR置1和ECUCmdD置0，觀察到TCU實際請求的扭矩為-14 N·m，數(shù)值均正常。從當(dāng)前臺架測試情況分析，新軟件在R擋時候能夠正常退出PTO請求并且根據(jù)VCU請求能夠正常響應(yīng)負(fù)扭矩請求。

測試結(jié)果數(shù)據(jù)分析如圖5所示。

a.從數(shù)據(jù)中可以看到，在N擋時候請求PTO然后立馬請求掛R擋位，TCU正常掛入R擋位。b.掛入R擋位后TCU的換擋請求標(biāo)志位置0，此時MCU為VCU進(jìn)行接管。c.掛入R擋后，VCU也還在請求取力器工作，整車無前進(jìn)現(xiàn)象。

從整車測試情況來看，新軟件在N擋立馬請求取力器并切換R擋，換擋請求標(biāo)志位能夠正常回零將MCU控制權(quán)交還給VCU。

6 結(jié)語

本文基于某款純電動專用車底盤在調(diào)試過程中車輛掛倒擋（R擋）時往前移動的問題，通過采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、制定解決方案、臺架試驗、實車驗證等手段將問題復(fù)現(xiàn)并一一解決?，F(xiàn)階段該專用車底盤已批量應(yīng)用于環(huán)衛(wèi)車領(lǐng)域，在產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的同時至今沒有復(fù)現(xiàn)上述故障。本文論述的內(nèi)容是一種較為實用的變速箱故障解決方法，對純電動專用車底盤變速箱故障分析和問題解決有著重要的指導(dǎo)意義。

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作者簡介：

曾海軍，男，1981年生，工程師，研究方向為純電動商用車底盤研發(fā)與項目管理。