「维修案例」车速表为何失真？

　　2016年宝马X3，底盘代码F25，配置N20-8HP45X动力总成及4WD驱动系统。客户抱怨车速表不准，车速表显示车速严重偏低。因为客户在最近几天已经收到了超速罚单，所以就发现了这个故障，要求验证与排除此故障。

　　根据维修工单的描述，技术人员进行了简单的路试测试。验证车速表方法很简单：行驶时打开手机导航，观察手机中的导航车速，同时对照车速表的指示即可；技术人员试车时发现车速高于40km/h以上时车速表的显示值明显低于手机导航中的车速，如图1所示；而当导航车速达到100km/h时，车速表的显示车速仅为70km/h，车速的误差居然达到了30%以上。

　　经过路试，技术人员很容易的验证到了车速表的表显车速远低于实际车速。那么是什么原因导致车速表不准呢？根据车速的信号来源及影响因素，技术人员怀疑仪表指针卡滞、轮速传感器信号不准、轮胎型号尺寸不正确等几个方面。接下来，技术人员进行了逐一排查。

　　首先，技术人员检查了该车辆的维修保养记录，保养记录很齐全，没有断档、里程数据跳跃回退的迹象。检查仪表外观，也没有任何拆卸的痕迹。之后，技术人员又对仪表功能及指针进行了自检测试，如图2所示；自检测试显示车速表指针动作灵活没有任何卡滞、抖动等不良的表现。因此，技术人员认为车速表应该没有任何问题。

　　考虑到车辆的车速信号一般都是来自制动控制系统的轮速信号，而该车型的制动系统称为DSC动态稳定控制模块（以下简称DSC）；接下来，技术人员连接诊断设备，对车辆进行诊断，结果发现车辆没有存储任何有关制动控制系统DSC方面的故障码。举升车辆，检查四轮轮速传感器线路无异常，空转轮胎时，诊断仪中也可以出现正确的轮速信号及行驶方向信息。外出路试，进行紧急制动，当车轮抱死时ABS功能也能顺利启动。观察DSC中的4个轮速信号，没有发现明显异常；但是技术人员此时却发现仪表中的车速却小于DSC中的4个轮速值。再次打开手机导航车速，显然轮速信号是与手机导航一致，是车辆正确的车速；而车速表显示的车速是偏小的不正常车速数据，如图3所示。

　　根据上面的数据，技术人员也很奇怪，为什么车速表与DSC的轮速显示不一致呢？车速表指示车速低于轮速又是什么原因？会不会是轮胎型号导致的？于是查阅车辆的轮胎配置，在B柱上可以很容易地找到车辆的轮胎标牌，如图4所示。

　　经查询车辆的实际轮胎配置，结果发现该车装备的4 条轮胎都是同样型号尺寸245/50R18的米其林星标认证轮胎。并且轮胎的磨损数据也是比较均衡的，其花纹深度如表1所示。

　　既然轮胎方面装备的也是原厂型号尺寸的标准轮胎，为何车速表指示车速会小于实际车速和轮速呢？维修工作一度陷入僵局。

　　是什么导致了车速表不准？笔者获知该车的故障表现后也有些诧异。在笔者20年的维修经历中，车速表的一般故障表现是车速信号丢失、仪表无车速指示、仪表指针卡滞等问题，印象中也从来没有遇到车速表指示车速严重偏差的故障案例。看来这的确是一则需要花费一番心思的特殊案例了。

　　根据车速表的控制逻辑，车速源一般是取自制动系统的轮速，轮速信号经过计算得出车速信号，然后再通过CAN总线将车速信号发送给仪表用以显示给驾驶员，同时车速信息也会送至其他相关的控制单元中，如：网关、发动机、变速器、分动器、电子转向机等模块，用以实施相关控制。比如说：车速送到变速器进行升降挡的逻辑控制，车速越高后升高挡、车速下降后降抵挡；车速送到电子转向机中，转向力矩会根据车速进行调节，车速低时助力较大、车速高时助力较小；分动器接收的车速信号用以实施分动器接合力矩控制等。

　　车速的形成则是一系列转速变化的结果：发动机的动力经传动系统的变速器、分动器变速之后，经传动轴传递给后差速器，后差速器具有减速作用，经过主减速比变速之后再传递给半轴及轮毂轴承，轴承带动轮胎旋转，轮胎与地面接触，从而使得车辆获得行驶速度。所以，在这一系列的转速变化中，可能具有变速作用的机构有变速器、分动器、后差速器、轮胎半径。

　　接下来测试变速器性能，我们发现该车行驶换挡平顺、无打滑冲击迹象。手动测试变速器各个挡位，其传动比方面没有任何异常。分动器方面，改款结构无低速四驱挡位，采用的是以后驱为基础的全时四驱系统，变速器输出到分动器输出不会产生变速效果。检查车辆后部差速器的主减速比为3.38，如图5所示；对照车辆配件手册确认差速比为原厂型号的速比，不存在错误的变速可能。

　　那么会不会是因为轮胎实际尺寸误差，导致的车速计算不准？于是我们又测量了车辆的实际周长，如图6所示。通过实际测量结果我们发现最大最小之间差距5mm，根据周长公式换算，花纹深度上最大差异0.8mm，远小于官方的标准2mm差异要求。当然，车辆花纹磨损已经接近极限值，为了彻底排除轮胎方面的影响，我们让技术人员也倒换了一套4个轮胎钢圈组试验，然而路试结果却是故障依旧。

　　按照现代汽车的车速信号逻辑，车速表的车速信号都是来自制动系统控制单元，当然早期一些车型的车速信号也取自自动变速器的输出转速传感器。当前的车辆的故障表现是车速表中指示车速偏低，制动控制单元中显示的轮速信号和车速信号是与实际导航车速一致的，那么为何车速表中显示的车速就低了呢？是仪表指针的问题还是车速程序计算方面的问题？这显然是个非常重要的关键点，需要我们进一步检查、确认。

　　根据上面的分析，我们接下来就验证最为关键的问题是仪表指针指示偏低，还是外部传递到仪表的车速信号偏低。我们使用诊断设备，进入仪表，观察里程及车速表信号，结果我们发现仪表接收到车速信号就是偏低的，并不是仪表车速指针偏低的问题；从而，我们可以完全彻底的排除了仪表自身的问题！如图7所示，仪表接收到的车速信号远远小于实际的车速。

　　根据这个信息，我们更加奇怪了，既然车速信号是制动控制单元DSC产生的，从实际的数据来看DSC产生了正确的轮速、车速信号；但是为何仪表接收到的车速信号就不正常了呢？难道车速信号通过CAN总线传递后车速就降低？显然CAN总线不仅仅传递一个车速，制动状态、驾驶模式、制动扭矩等都没有问题，不可能通过CAN总线就把车速信号给单独地改变。这里面一定存在我们认识不到的逻辑，影响了车速信号的计算。

　　考虑整个F车型的底盘控制逻辑，笔者回顾曾经的文章《车辆稳定控制系统的那些事儿》中，专门论述F车型底盘控制的相关逻辑，在此不再仔细论述，仅重复讲述一个关键的论点：集成底盘控制单元ICM作为底盘动态控制的总控制中心，协调控制整个底盘的各项工作；而DSC仅作为其中一个控制单元，更多的体现是作为执行器的功能。

　　由此可见， DSC接收了4个轮速信号并推算出了车速，但仅仅局限在整个底盘控制中的子系统DSC中，而这些信号最终都要汇总集中在集成底盘控制模块ICM中，推算整个车辆底盘的姿态与控制状态，并将这些底盘的相关信息通过CAN总线传递给其他控制单元使用。集成底盘控制单元ICM的输入/输出逻辑，如图8所示。

　　想到这里，使用诊断仪进入集成底盘控制单元ICM中调取车速信息，然而很遗憾ICM数据菜单中并没有车速信号的显示项目。虽然ICM中没有车速显示，并且可以显示车速信息的不仅仅是DSC与仪表KOMBI，还有很多控制单元是存在车速信号的；理论上来讲，并不是车辆稳定系统可以产生车速信号，早期的一些车型上，仪表的车速信号是通过变速器输出转速来计算的。于是，我们又查看了变速器控制单元中的车速信息，在试车过程中当我们进入变速器控制单元（EGS）观察车速信号时发现，变速器控制单元中显示的车速与实际车速明显不符，如图9所示。

　　那么，EGS中的这个车速是来自集成底盘控制单元ICM？还是自身推断的错误车速呢？我们知道，变速器输出轴的转速经过分动器1:1传递给传动轴，在经过前后桥的主减速器（也就是差速器）减速之后再传递给驱动半轴，驱动半轴带动车轮1:1旋转输出。从变速器输出轴到车轮，这过程中影响到输出转速与车速比的因素仅有两个：轮胎半径周长及后差速器主减速比！

　　之前的维修过程，我们已经确认轮胎周长无异常，同时也倒换了轮胎组，从而彻底排除了轮胎周长的可能；但是我们之前查阅的主减速其标签显示也是标准的3.38，难道是后差速器标签与实物不符？与技术人员沟通得知，该车维修历史并没有更换前后差速器的记录，本次维修前只有拆装分动器的维修历史，而分动器则是1:1输入/输出的关系，内部根本就没有减速齿轮，也绝不会产生转速差的。

　　似乎影响变速器输出车速计算的两个因素：轮胎、主减速器都已经排除，但是这仅仅是硬件方面来讲的；而从软件方面来看：变速器控制单元还需要知道此车装备的主减速比才能正确计算输出轴转速与车速的关系。

　　这是因为不同排量、不同车重就有着不同的驱动性能，也对应着不同的减速比。例如装备N20/N55的X3后差速比3.38，而装备更强劲动力的N57（柴油机）后差速比为3.15，如表2所示。

　　因此我们又查看了变速器中存储的后桥主减速比数据，果然发现了一些端倪：驱动桥减速比的学习值有一组异常，而程序设定的起始值则是正确的3.38，如图10所示。

　　根据此信息，笔者推测是因为变速器的后桥减速比学习错误导致了车速计算错误；因某些原因使得ICM使用了错误的EGS车速信号，反而忽略了正常的DSC车速信号。接下来，笔者决定重新复位校准EGS中的后桥减速比自适应值。利用专用诊断设备及软件，进入变速器的服务功能，选择复位自适应功能并执行相应的程序，如图11所示。

　　进入该程序后，我们可以清楚地看到需要执行相关的示教功能项目，其中包含：是否带有挂车、是否带有ACC、是否有手动换挡拨片、后驱动桥的型号、变速器型号、与电子挂挡杆GWS的匹配等项目。这是因为不同配置的变速器硬件是完全相同的，但是由于车辆配置不同就会有相应的软件修正。例如，在欧洲经常带有拖车，所以是否带有拖车就会影响变速器换挡程序；同样，是否带有ACC、是否有换挡拨片、不同后桥、不同批次的变速器或电子挂挡杆都会影响EGS内部的程序。进入之后，笔者执行了EGS的所有示教功能，如图12所示。

　　同时，笔者考虑到集成底盘控制单元ICM目前的状态也处于一个错误的逻辑中，忽略DSC正确的车速信号，而采用EGS的错误信号这个推论。笔者又进入ICM/DSC菜单，对所有涉及车速信号的控制单元逐一进行了复位。

　　完成上面的示教操作与复位后，再次路试测试车辆，终于此车的车速显示恢复正常。仪表车速、DSC车速、EGS车速与手机导航的GPS车速完全相符。

　　车辆的故障虽然解决了，但是笔者却被问题根源所困扰着，是什么原因导致了车辆的ICM采用了错误的车速信号？又是什么原因导致的EGS的后桥差速比学习值异常？

　　再次与相关技术人员核实车辆的维修履历，该车的确可能是在拆装分动器后出现的故障表现，可能是当时技术人员交车的验车环节还没有发现，之后使用过程中才被客户发现的。但是，无论如何也想不到拆装分动器怎么会影响车速信号的控制逻辑？笔者反复思索后，大胆猜测只能有一种逻辑可以解释：在拆卸分动器时，车辆在举升机上着车挂挡空转过！

　　车速信号的理论传输逻辑：DSC接收轮速并将计算出的车速推送到ICM，ICM再将修正后车速信号传递给其他控制单元中。而当车辆在举升机上悬空挂挡时，因为分动器拆掉了，动力只能传递到变速器输出轴端，而轮速信号却为0！因此，ICM就会因为收不到DSC的车速/轮速的原因进入紧急备用模式，所以ICM就会接收变速器推算出车速信号代替DSC的车速信号，用以实现备用逻辑下车速信号。

　　而又因为变速器程序中的后桥减速比有几个模式下的学习值，该学习值并非固定唯一的关系，可以在使用中自行适配学习。学习值则是通过轮速比上输出轴转速得出的减速比。因此在举升机上测试车辆时，错误不合理逻辑的轮速与输出轴转速的个别适应值出现偏差，因此变速器所计算的车速信号也就不正常了。

　　而当我们删除EGS中的驱动桥减速比学习值，重新复位DSC与ICM，ICM才能退出备用模式，采用正确DSC中的车速信号，至此故障才能彻底消失。

　　首先，车速表应该时刻处于驾驶员的直接视野内，并且昼夜都能清晰易读。同时，车速表的数值范围应能包含该厂商对该车型给出的最大车速。此外，车速表应该以km/h为单位，从20km/h≤到最高车速之间，标识出分度值；分度值的间隔可以根据车辆的最高车速设定，并且可以设计为不均匀的间隔值。最后，车速表的指示误差应满足中华人民共和国国家标准 GB 15082-2008的规定。车速表的国标一般要求对于我们汽车售后维修行业来讲，简单了解即可；但是由于我们实际的售后维修业务中，经常遇到有车速表不准的案例，所以车速表的指示误差标准，则与我们的维修工作息息相关，需要我们必须掌握。根据国标GB 15082-2008中规定：车速表中的指示车速不得低于实际车速，并且指示车速（设为v1）与实际车速（设为v2）应满足下面的关系：0 ≤v1-v2≤v2/10+4。

　　那么我们把这个公式经过转化，就可以得出下面的关系：实际车速≤指示车速≤实际车速+实际车速/10+4。

　　（ 1 ） 假设当前实际车速v 2为40km/h，那么车速表中的指示车速v1，则为：40 ≤v1≤48km/h；

　　（ 2 ） 假设当前实际车速v 2为80km/h，那么车速表中的指示车速v1，则为：80≤v1≤92 km/h；

　　（ 3 ） 假设当前实际车速v 2为100km/h，那么车速表中的指示车速v1，则为：100 ≤v1≤ 114 km/h。那么，我们将各级实际车速下的指示车速及误差允许值，统计如表3所示。

　　根据上面的计算公式及误差列表，我们可以得出这样一个结论：车速越高车速表的指示车速与实际的车速误差值越大，但是允许误差百分比却越小。

　　显然， 在本则案例中车辆的实际车速（71km/h）与指示车速（50km/ h）的误差达到了-30%左右，并且是指示车速远低于实际车速的情况，这显然是不可接受的故障范围。最后，笔者推荐各位同仁以此为戒，在车辆维修过程中合理检查维修，切勿实施一些不合理的测试操作，以免引发不必要的故障。同时希望以此案例为例能让大家了解一下现代汽车的车速控制逻辑，在将来遇到类似故障时有所借鉴。