详解车辆稳定控制系统及典型故障案例(五)

◆文/北京 杨老师

(接上期)

上期介绍了宝马车系车身稳定控制系统各功能的原理。需要特别说明的是，本文的内容主要是针对E7X和第五代7系F0X，由于年款的不同以及车型配置的差异，车身稳定控制系统的子功能也会有所不同。

本期开始，笔者将精选几个典型的宝马车系车身稳定系统维修案例，以期通过实际的维修案例让广大读者能对车身稳定系统的逻辑功能及控制原理有更深入的了解和更全面的认识。

案例1:高速时方向和制动失控

一车主投诉，车辆在高速行驶时，突然出现侧向滑移，方向盘可以转动，但不能改变行驶方向，且踩制动踏板时无制动效果，之后多个故障灯点亮报警，最后导致车辆与护栏发生剐蹭。据车主反映，当时车速并不高，大概在70～80km/h之间，因此，车主坚称是车辆存在故障才导致车辆打滑失控，从而引发了事故。

那么，到底是车辆失控导致的事故，还是因为车辆存在故障引发失控而导致的事故？这是车主与厂家争论的焦点，也是我们调查的关键点！

为了寻找真实的答案，通过详细检查，我们得到的重要信息有以下几点：

1.连接专用诊断仪，发现车辆相关系统存有如图27所示历史故障代码。

2.四个轮胎的气压均在标准范围内，底盘没有碰撞痕迹，悬架没有任何变形或损坏，轮毂没有可见变形，但两个后轮（驱动轮）的轮胎花纹已磨损至极限状态（图28）。

3.外出路试，车辆仪表台上没有任何报警灯点亮，也未发现转向系统及制动系统有任何异常的迹象。

4.调取网关以及相关各个模块的数据发现，车辆在108km/h就已经出现了失控。当车速在87km/h时，在短短的1s之内车速从87km/h骤减至68km/h，说明此时发生了碰撞，而在发生碰撞之后车身稳定系统也报出了“转向角与惯性值信号不可信”的故障代码。车辆信息报文含义与故障代码细节记录如图29所示。

图27 事故车上的故障代码

图28 事故车后轮轮胎花纹

图29 事故车故障代码细节记录

根据上述这些信息，笔者认为该车在积水路面高速行驶时，由于轮胎花纹几乎被磨平，已不具备任何排水性能，从而导致车辆发生侧滑，引发事故。相关系统的故障代码正是记录了车辆因失控、侧滑而导致信号不可信的数据。仔细阅读相关故障代码的含义我们不难发现，所有故障代码的含义均是：实际转向角、重力加速度、偏航转角信号无效。

故障代码含义中的“信号无效”到底是什么意思？笔者认为相关模块通过数据总线向车身控制模块实时传递与车辆姿态相关的数据信号，在车辆某些异常状态下，系统会收到错误的、逻辑上不可信的信号！

举个例子：如果车辆正以100km/h的速度向前行驶，系统却突然收到了一个向后的惯性加速度信号或者180°的转向角信号，那么车身控制模块就会设置相关信号不可信的故障代码。因为，正常情况下，车辆不可能突然由100km/h正向行驶变成倒车状态，也不太可能在车速100km/h时出现180°的转向。如果突然出现这些不可信的数据信号，则只可能是车辆进入了失控状态。

至此，已基本可以判定该车事故的根源是轮胎花纹严重磨损引发车辆失控，而非车辆本身故障。

虽然该车事故根源已经找到，但另一个问题又随之而来：为什么带有车身稳定控制系统的车，在积水路面行驶时会因轮胎花纹磨平而容易失控？

首先，我们要了解一下轮胎与路面的关系：车辆在路面行驶，是靠轮胎与地面的摩擦来实现的，一旦轮胎与地面之间出现打滑就会导致车辆进入不稳定的状态，尤其是车辆的横向稳定性无法得到保证。这一点，在本连载之前的与ABS原理有关内容曾经作过介绍。

另外，轮胎与地面的摩擦系数不是一成不变的，摩擦系数的大小不仅与轮胎本身性能有一定的关系，而且最主要的因素是由路面的性质以及干湿所决定的。不同路面的附着系数如表2所示。

表2 各种路面上的附着系数

从表2可以看出，同样的路面，表面干燥和表面潮湿时的附着系数存在明显的不同。理论上，轮胎与地面的接触面积越大、抓地力就越好，但在潮湿、积水的路面会产生“水滑”现象。轮胎和地面中间存在一层水膜，如果轮胎没有合适的排水槽，这层水膜就会极大地影响附着系数，极易使车辆打滑从而失控。因此，轮胎要保证与地面保持良好的抓地力，必须具有良好的排水性能。

简而言之：车辆高速行驶在积水路面上时，轮胎与路面间的积水如果不能及时被排除，中间形成的水膜层会使轮胎悬浮，严重时会产生“水滑”现象，轮胎与路面之间的摩擦力急剧下降，使得汽车陷于失控的危险境地。如果轮胎花纹槽沟较浅或胎压较低时，更容易出现失控现象。轮胎排水示意图如图30、31所示。

图30 轮胎排水性良好时与地面接触示意图

图31 轮胎排水性较差时与地面接触示意图

在图30、31中A为排水区，车速越快，排水区越大；B为水膜去除区，主要靠轮胎花纹祛除水膜，轮胎花纹越深，除膜效率越高，水膜去除区的位置越靠前；C为接触区，车速越慢、轮胎排水性越好，接触区越大，车速越高、轮胎排水性越差，接触区越小甚至消失。当轮胎完全悬浮在水膜上时，车辆将处于失控状态。

另外，轮胎花纹的样式和深度，同样对轮胎的抓地力有着重要的影响。纵向的排水槽越多、越深，轮胎排水能力就越好，而单向导向轮胎（图32右侧所示）则有着更为出色的排水性能。

图32 轮胎花纹对排水性的影响

积水深度对轮胎的抓地力也会产生明显的影响。根据一些汽车厂家和轮胎供应商对家用轿车常见轮胎（全新轮胎）的实验测定数据显示：当路面积水深度达到2mm时，车辆发生水滑的临界车速为120km/h左右；当路面积水深度处于4～6mm之间时，车辆发生水滑的临界车速在100km/h左右。另外，轮胎气压越低，车辆发生水滑的临界车速也就越低（图33）。

图33 发生水滑现象的最低车速与胎压的关系

综上所述，导致车辆发生水滑现象的因素有车速、积水深度、轮胎花纹样式、轮胎花纹深度、轮胎气压。轮胎花纹越浅、胎压越低、路面积水深度越深，出现水滑的临界车速越低，车辆就越容易出现失控，越容易引发事故。

通过本案例，我们可以看出，虽然车身稳定系统能起到辅助控制功能，但也不可能绝对安全，因为车身稳定控制系统的局限性。也就是说，车身稳定控制系统再先进，也只是有限度地扩大了车辆的极限控制范围，同时，影响车辆稳定性的因素很多（图34），任何一个因素出现问题，都会降低车辆的极限控制范围。另外，车辆稳定控制系统要想充分发挥其效能，必须建立在完美的底盘调教、强大的制动效能、足够的抓地力（轮胎与地面之间的摩擦力）之上。

图34 影响车身稳定控制系统的因素

在本案例中，所有的证据、信息都证实，引发车辆出现事故的根本原因在于：轮胎花纹太浅，导致车辆出现水滑现象并失控，而车辆本身并未出现任何故障，也不存在质量。而且车主也对这样的调查结论也表示认可。

最后，通过本案例经验，笔者认为：掌握相关系统的工作原理，善于将理论引入到实践的维修工作中，才是我们维修人员以不变应万变的必胜法宝！