車速，作為車輛最重要的一個行駛引數，需要實時被駕駛員所參考；而車速表作為體現車速資訊的儀表，幾乎裝備在我們所接觸的所有型別車輛上，所以車速表的準確性就顯得尤為重要。接下來的這則奇怪車速表失真故障案例，讓筆者煞費苦心……
一、車型與故障表現
2016年寶馬X3，底盤程式碼F25，配置N20-8HP45X動力總成及4WD驅動系統。客戶抱怨車速表不準，車速表顯示車速嚴重偏低。因為客戶在最近幾天已經收到了超速罰單，所以就發現了這個故障，要求驗證與排除此故障。
二、故障驗證與基本排查
根據維修工單的描述，技術人員進行了簡單的路試測試。驗證車速表方法很簡單：行駛時開啟手機導航，觀察手機中的導航車速，同時對照車速表的指示即可；技術人員試車時發現車速高於40km/h以上時車速表的顯示值明顯低於手機導航中的車速，如圖1所示；而當導航車速達到100km/h時，車速表的顯示車速僅為70km/h，車速的誤差居然達到了30%以上。
圖1 導航速度與車速表對比
經過路試，技術人員很容易的驗證到了車速表的表顯車速遠低於實際車速。那麼是什麼原因導致車速表不準呢？根據車速的訊號來源及影響因素，技術人員懷疑儀表指標卡滯、輪速感測器訊號不準、輪胎型號尺寸不正確等幾個方面。接下來，技術人員進行了逐一排查。
首先，技術人員檢查了該車輛的維修保養記錄，保養記錄很齊全，沒有斷檔、里程資料跳躍回退的跡象。檢查儀表外觀，也沒有任何拆卸的痕跡。之後，技術人員又對儀表功能及指標進行了自檢測試，如圖2所示；自檢測試顯示車速表指標動作靈活沒有任何卡滯、抖動等不良的表現。因此，技術人員認為車速表應該沒有任何問題。
圖2 儀表中車速指標自檢測試
考慮到車輛的車速訊號一般都是來自制動控制系統的輪速訊號，而該車型的制動系統稱為DSC動態穩定控制模組（以下簡稱DSC）；接下來，技術人員連線診斷裝置，對車輛進行診斷，結果發現車輛沒有儲存任何有關制動控制系統DSC方面的故障碼。舉升車輛，檢查四輪輪速感測器線路無異常，空轉輪胎時，診斷儀中也可以出現正確的輪速訊號及行駛方向資訊。外出路試，進行緊急制動，當車輪抱死時ABS功能也能順利啟動。觀察DSC中的4個輪速訊號，沒有發現明顯異常；但是技術人員此時卻發現儀表中的車速卻小於DSC中的4個輪速值。再次開啟手機導航車速，顯然輪速訊號是與手機導航一致，是車輛正確的車速；而車速表顯示的車速是偏小的不正常車速資料，如圖3所示。
圖3 DSC中4個輪速資料與車速表指示車速
根據上面的資料，技術人員也很奇怪，為什麼車速表與DSC的輪速顯示不一致呢？車速表指示車速低於輪速又是什麼原因？會不會是輪胎型號導致的？於是查閱車輛的輪胎配置，在B柱上可以很容易地找到車輛的輪胎標牌，如圖4所示。
圖4 輪胎標牌允許的輪胎型號資訊
經查詢車輛的實際輪胎配置，結果發現該車裝備的4 條輪胎都是同樣型號尺寸245/50R18的米其林星標認證輪胎。並且輪胎的磨損資料也是比較均衡的，其花紋深度如表1所示。
既然輪胎方面裝備的也是原廠型號尺寸的標準輪胎，為何車速表指示車速會小於實際車速和輪速呢？維修工作一度陷入僵局。
三、故障分析與處理
是什麼導致了車速表不準？筆者獲知該車的故障表現後也有些詫異。在筆者20年的維修經歷中，車速表的一般故障表現是車速訊號丟失、儀表無車速指示、儀表指標卡滯等問題，印象中也從來沒有遇到車速表指示車速嚴重偏差的故障案例。看來這的確是一則需要花費一番心思的特殊案例了。
根據車速表的控制邏輯，車速源一般是取自制動系統的輪速，輪速訊號經過計算得出車速訊號，然後再透過CAN匯流排將車速訊號傳送給儀表用以顯示給駕駛員，同時車速資訊也會送至其他相關的控制單元中，如：閘道器、發動機、變速器、分動器、電子轉向機等模組，用以實施相關控制。比如說：車速送到變速器進行升降擋的邏輯控制，車速越高後升高擋、車速下降後降抵擋；車速送到電子轉向機中，轉向力矩會根據車速進行調節，車速低時助力較大、車速高時助力較小；分動器接收的車速訊號用以實施分動器接合力矩控制等。
車速的形成則是一系列轉速變化的結果：發動機的動力經傳動系統的變速器、分動器變速之後，經傳動軸傳遞給後差速器，後差速器具有減速作用，經過主減速比變速之後再傳遞給半軸及輪轂軸承，軸承帶動輪胎旋轉，輪胎與地面接觸，從而使得車輛獲得行駛速度。所以，在這一系列的轉速變化中，可能具有變速作用的機構有變速器、分動器、後差速器、輪胎半徑。
接下來測試變速器效能，我們發現該車行駛換擋平順、無打滑衝擊跡象。手動測試變速器各個擋位，其傳動比方面沒有任何異常。分動器方面，改款結構無低速四驅擋位，採用的是以後驅為基礎的全時四驅系統，變速器輸出到分動器輸出不會產生變速效果。檢查車輛後部差速器的主減速比為3。38，如圖5所示；對照車輛配件手冊確認差速比為原廠型號的速比，不存在錯誤的變速可能。
圖5 後橋差速器的主減速比正常
那麼會不會是因為輪胎實際尺寸誤差，導致的車速計算不準？於是我們又測量了車輛的實際周長，如圖6所示。透過實際測量結果我們發現最大最小之間差距5mm，根據周長公式換算，花紋深度上最大差異0。8mm，遠小於官方的標準2mm差異要求。當然，車輛花紋磨損已經接近極限值，為了徹底排除輪胎方面的影響，我們讓技術人員也倒換了一套4個輪胎鋼圈組試驗，然而路試結果卻是故障依舊。
圖6 4個輪胎的實際測量周長
按照現代汽車的車速訊號邏輯，車速表的車速訊號都是來自制動系統控制單元，當然早期一些車型的車速訊號也取自自動變速器的輸出轉速感測器。當前的車輛的故障表現是車速表中指示車速偏低，制動控制單元中顯示的輪速訊號和車速訊號是與實際導航車速一致的，那麼為何車速表中顯示的車速就低了呢？是儀表指標的問題還是車速程式計算方面的問題？這顯然是個非常重要的關鍵點，需要我們進一步檢查、確認。
根據上面的分析，我們接下來就驗證最為關鍵的問題是儀表指標指示偏低，還是外部傳遞到儀表的車速訊號偏低。我們使用診斷裝置，進入儀表，觀察里程及車速表訊號，結果我們發現儀表接收到車速訊號就是偏低的，並不是儀表車速指標偏低的問題；從而，我們可以完全徹底的排除了儀表自身的問題！如圖7所示，儀表接收到的車速訊號遠遠小於實際的車速。
圖7 儀表接收到的車速訊號低於實際導航車速
根據這個資訊，我們更加奇怪了，既然車速訊號是制動控制單元DSC產生的，從實際的資料來看DSC產生了正確的輪速、車速訊號；但是為何儀表接收到的車速訊號就不正常了呢？難道車速訊號透過CAN匯流排傳遞後車速就降低？顯然CAN匯流排不僅僅傳遞一個車速，制動狀態、駕駛模式、制動扭矩等都沒有問題，不可能透過CAN匯流排就把車速訊號給單獨地改變。這裡面一定存在我們認識不到的邏輯，影響了車速訊號的計算。
考慮整個F車型的底盤控制邏輯，筆者回顧曾經的文章《車輛穩定控制系統的那些事兒》中，專門論述F車型底盤控制的相關邏輯，在此不再仔細論述，僅重複講述一個關鍵的論點：整合底盤控制單元ICM作為底盤動態控制的總控制中心，協調控制整個底盤的各項工作；而DSC僅作為其中一個控制單元，更多的體現是作為執行器的功能。
由此可見， DSC接收了4個輪速訊號並推算出了車速，但僅僅侷限在整個底盤控制中的子系統DSC中，而這些訊號最終都要彙總集中在整合底盤控制模組ICM中，推算整個車輛底盤的姿態與控制狀態，並將這些底盤的相關資訊透過CAN匯流排傳遞給其他控制單元使用。整合底盤控制單元ICM的輸入/輸出邏輯，如圖8所示。
圖8 整合底盤控制模組ICM
輸入輸出邏輯圖
想到這裡，使用診斷儀進入整合底盤控制單元ICM中調取車速資訊，然而很遺憾ICM資料選單中並沒有車速訊號的顯示專案。雖然ICM中沒有車速顯示，並且可以顯示車速資訊的不僅僅是DSC與儀表KOMBI，還有很多控制單元是存在車速訊號的；理論上來講，並不是車輛穩定系統可以產生車速訊號，早期的一些車型上，儀表的車速訊號是透過變速器輸出轉速來計算的。於是，我們又查看了變速器控制單元中的車速資訊，在試車過程中當我們進入變速器控制單元（EGS）觀察車速訊號時發現，變速器控制單元中顯示的車速與實際車速明顯不符，如圖9所示。
圖9 變速器中錯誤的車速訊號與GPS車速訊號對比
那麼，EGS中的這個車速是來自整合底盤控制單元ICM？還是自身推斷的錯誤車速呢？我們知道，變速器輸出軸的轉速經過分動器1：1傳遞給傳動軸，在經過前後橋的主減速器（也就是差速器）減速之後再傳遞給驅動半軸，驅動半軸帶動車輪1：1旋轉輸出。從變速器輸出軸到車輪，這過程中影響到輸出轉速與車速比的因素僅有兩個：輪胎半徑周長及後差速器主減速比！
之前的維修過程，我們已經確認輪胎周長無異常，同時也倒換了輪胎組，從而徹底排除了輪胎周長的可能；但是我們之前查閱的主減速其標籤顯示也是標準的3。38，難道是後差速器標籤與實物不符？與技術人員溝通得知，該車維修歷史並沒有更換前後差速器的記錄，本次維修前只有拆裝分動器的維修歷史，而分動器則是1：1輸入/輸出的關係，內部根本就沒有減速齒輪，也絕不會產生轉速差的。
似乎影響變速器輸出車速計算的兩個因素：輪胎、主減速器都已經排除，但是這僅僅是硬體方面來講的；而從軟體方面來看：變速器控制單元還需要知道此車裝備的主減速比才能正確計算輸出軸轉速與車速的關係。
這是因為不同排量、不同車重就有著不同的驅動效能，也對應著不同的減速比。例如裝備N20/N55的X3後差速比3。38，而裝備更強勁動力的N57（柴油機）後差速比為3。15，如表2所示。
因此我們又查看了變速器中儲存的後橋主減速比資料，果然發現了一些端倪：驅動橋減速比的學習值有一組異常，而程式設定的起始值則是正確的3。38，如圖10所示。
圖10 變速器模組EGS中有異常的主減速比學習值
根據此資訊，筆者推測是因為變速器的後橋減速比學習錯誤導致了車速計算錯誤；因某些原因使得ICM使用了錯誤的EGS車速訊號，反而忽略了正常的DSC車速訊號。接下來，筆者決定重新復位校準EGS中的後橋減速比自適應值。利用專用診斷裝置及軟體，進入變速器的服務功能，選擇復位自適應功能並執行相應的程式，如圖11所示。
圖11 變速器復位自適應功能
進入該程式後，我們可以清楚地看到需要執行相關的示教功能專案，其中包含：是否帶有掛車、是否帶有ACC、是否有手動換擋撥片、後驅動橋的型號、變速器型號、與電子掛擋杆GWS的匹配等專案。這是因為不同配置的變速器硬體是完全相同的，但是由於車輛配置不同就會有相應的軟體修正。例如，在歐洲經常帶有拖車，所以是否帶有拖車就會影響變速器換擋程式；同樣，是否帶有ACC、是否有換擋撥片、不同後橋、不同批次的變速器或電子掛擋杆都會影響EGS內部的程式。進入之後，筆者執行了EGS的所有示教功能，如圖12所示。
圖12 實施變速器後橋減速比示教
同時，筆者考慮到整合底盤控制單元ICM目前的狀態也處於一個錯誤的邏輯中，忽略DSC正確的車速訊號，而採用EGS的錯誤訊號這個推論。筆者又進入ICM/DSC選單，對所有涉及車速訊號的控制單元逐一進行了復位。
完成上面的示教操作與復位後，再次路試測試車輛，終於此車的車速顯示恢復正常。儀表車速、DSC車速、EGS車速與手機導航的GPS車速完全相符。
四、故障總結
車輛的故障雖然解決了，但是筆者卻被問題根源所困擾著，是什麼原因導致了車輛的ICM採用了錯誤的車速訊號？又是什麼原因導致的EGS的後橋差速比學習值異常？
再次與相關技術人員核實車輛的維修履歷，該車的確可能是在拆裝分動器後出現的故障表現，可能是當時技術人員交車的驗車環節還沒有發現，之後使用過程中才被客戶發現的。但是，無論如何也想不到拆裝分動器怎麼會影響車速訊號的控制邏輯？筆者反覆思索後，大膽猜測只能有一種邏輯可以解釋：在拆卸分動器時，車輛在舉升機上著車掛擋空轉過！
車速訊號的理論傳輸邏輯：DSC接收輪速並將計算出的車速推送到ICM，ICM再將修正後車速訊號傳遞給其他控制單元中。而當車輛在舉升機上懸空掛擋時，因為分動器拆掉了，動力只能傳遞到變速器輸出軸端，而輪速訊號卻為0！因此，ICM就會因為收不到DSC的車速/輪速的原因進入緊急備用模式，所以ICM就會接收變速器推算出車速訊號代替DSC的車速訊號，用以實現備用邏輯下車速訊號。
而又因為變速器程式中的後橋減速比有幾個模式下的學習值，該學習值並非固定唯一的關係，可以在使用中自行適配學習。學習值則是透過輪速比上輸出軸轉速得出的減速比。因此在舉升機上測試車輛時，錯誤不合理邏輯的輪速與輸出軸轉速的個別適應值出現偏差，因此變速器所計算的車速訊號也就不正常了。
而當我們刪除EGS中的驅動橋減速比學習值，重新復位DSC與ICM，ICM才能退出備用模式，採用正確DSC中的車速訊號，至此故障才能徹底消失。
此外，對於汽車用車速表有哪些要求及規定呢？筆者再簡單介紹一些。
首先，車速表應該時刻處於駕駛員的直接視野內，並且晝夜都能清晰易讀。同時，車速表的數值範圍應能包含該廠商對該車型給出的最大車速。此外，車速表應該以km/h為單位，從20km/h≤到最高車速之間，標識出分度值；分度值的間隔可以根據車輛的最高車速設定，並且可以設計為不均勻的間隔值。最後，車速表的指示誤差應滿足中華人民共和國國家標準 GB 15082-2008的規定。車速表的國標一般要求對於我們汽車售後維修行業來講，簡單瞭解即可；但是由於我們實際的售後維修業務中，經常遇到有車速表不準的案例，所以車速表的指示誤差標準，則與我們的維修工作息息相關，需要我們必須掌握。根據國標GB 15082-2008中規定：車速表中的指示車速不得低於實際車速，並且指示車速（設為v1）與實際車速（設為v2）應滿足下面的關係：0 ≤v1-v2≤v2/10+4。
那麼我們把這個公式經過轉化，就可以得出下面的關係：實際車速≤指示車速≤實際車速+實際車速/10+4。
根據上面的公式，我們先舉幾個例子：
（ 1 ） 假設當前實際車速v 2為40km/h，那麼車速表中的指示車速v1，則為：40 ≤v1≤48km/h；
（ 2 ） 假設當前實際車速v 2為80km/h，那麼車速表中的指示車速v1，則為：80≤v1≤92 km/h；
（ 3 ） 假設當前實際車速v 2為100km/h，那麼車速表中的指示車速v1，則為：100 ≤v1≤ 114 km/h。那麼，我們將各級實際車速下的指示車速及誤差允許值，統計如表3所示。
根據上面的計算公式及誤差列表，我們可以得出這樣一個結論：車速越高車速表的指示車速與實際的車速誤差值越大，但是允許誤差百分比卻越小。
顯然， 在本則案例中車輛的實際車速（71km/h）與指示車速（50km/ h）的誤差達到了-30%左右，並且是指示車速遠低於實際車速的情況，這顯然是不可接受的故障範圍。最後，筆者推薦各位同仁以此為戒，在車輛維修過程中合理檢查維修，切勿實施一些不合理的測試操作，以免引發不必要的故障。同時希望以此案例為例能讓大家瞭解一下現代汽車的車速控制邏輯，在將來遇到類似故障時有所借鑑。
