PEPS系統(tǒng)集成TPMS的方案設計研究

路　平，孫　燦，張進明（北京汽車研究總院有限公司 電子電器與空調(diào)部，北京　101300）

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PEPS系統(tǒng)集成TPMS的方案設計研究

路平，孫燦，張進明
（北京汽車研究總院有限公司 電子電器與空調(diào)部，北京101300）

摘要：詳細介紹將TPMS的RF接收功能與PEPS集成在一起方案的設計要求，闡述其整套系統(tǒng)的控制策略和通信協(xié)議，并針對該方案進行了胎壓接收效果的整車測試，RF射頻接收率符合設計要求，具備量產(chǎn)可行性。

關(guān)鍵詞：PEPS；TPMS；功能；集成

隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，越來越多的智能化電子模塊和復雜功能在汽車上應用和實現(xiàn)，其中使用便捷和安全性成為人們關(guān)注除汽車性能之外的關(guān)鍵因素。無鑰匙進入起動系統(tǒng)和胎壓監(jiān)測系統(tǒng)以其使用方便、增強安全性等特點，逐漸得到廣大車主的認可和接受。無論是自主品牌還是合資品牌，許多車型的豪華版配置都增加了這兩套系統(tǒng)，部分中高端車型都已經(jīng)標配。

1　PEPS系統(tǒng)簡介

PEPS是無鑰匙進入與無鑰匙起動系統(tǒng) （Passive Entry&Passive Start的縮寫），。該系統(tǒng)在車輛的無線進入應用中，正迅速成為最具代表性的系統(tǒng)之一。PEPS采用先進的RFID無線射頻技術(shù)和車輛鑰匙身份編碼識別系統(tǒng)，徹底改變了汽車安全防盜應用領(lǐng)域的發(fā)展前景，并給用戶帶來了便利、舒適的全新駕車體驗［1］。

對于一輛配備PEPS系統(tǒng)的汽車而言，駕駛者無需按動智能鑰匙上的遙控按鍵或是將鑰匙插拔鎖芯，就可以完成開啟車門和起動車輛發(fā)動機，前提僅是隨身攜帶智能鑰匙，并按下把手上的觸發(fā)按鍵或一鍵起動按鍵。在車輛的防盜安全方面，智能鑰匙與PEPS基站間復雜的雙向身份認證過程相比上一代的遙控鑰匙進入 （RKE）系統(tǒng)也有了本質(zhì)的提升［2］。

本文所述的PEPS系統(tǒng)主要組成部件有：PEPS控制器、點火按鍵、智能遙控鑰匙、門把手天線模塊、室內(nèi)低頻天線、電子轉(zhuǎn)向柱鎖，如圖1所示。

圖1　PEPS系統(tǒng)組成部件示意圖

2　TPMS系統(tǒng)簡介

TPMS是輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng) （Tire Pressure Monitoring System），是指安裝在車輛上，能以某種方式監(jiān)測輪胎氣壓，并在一個或多個輪胎欠壓時報警的系統(tǒng)。TPMS是一項新的汽車被動安全裝置，其作用是在胎壓發(fā)生異常時報警，以提醒駕駛員盡快采取調(diào)整胎壓等糾正措施，幫助駕駛者時時掌握輪胎的壓力狀況，減少因

輪胎故障所引發(fā)的交通事故，幫助節(jié)約油耗，減少輪胎橡膠磨損，增加車輛駕駛的安全性［3］。

按照工作原理的不同，目前市場上TPMS產(chǎn)品主要有3類：雙向直接式、單向直接式和間接式。本文所述的PEPS集成TPMS方案是針對單向直接式進行研究的，一是因為目前市場上TPMS主流方案多采用單向直接式，二是因為本文所述PEPS系統(tǒng)和TPMS系統(tǒng)在筆者所負責開發(fā)的幾款車型中，都已成功量產(chǎn)。

單向直接式TPMS主要組成部件有：1個胎壓接收模塊和4個胎壓傳感器，通過組合儀表或其他顯示屏顯示相關(guān)數(shù)據(jù)信息。如圖2所示。

圖2　單向直接式TPMS系統(tǒng)示意圖

3　研究目的

本文研究目的是基于北汽現(xiàn)有成熟平臺產(chǎn)品，提出一種新的系統(tǒng)解決方案，將TPMS的RF接收功能與PEPS集成在一起，各系統(tǒng)硬件電路不用做任何更改，省掉一個胎壓接收控制器，單車成本節(jié)約110元左右。

目前已量產(chǎn)和所開發(fā)的車型，一般會考慮同時配置PEPS和TPMS系統(tǒng)，采用此集成方案可以滿足多款汽車研發(fā)平臺要求及覆蓋多種車型配置需求。省掉TPMS接收模塊，既降低了整車成本，又可以減少多個模塊的布置工作和物流、管理等成本，且有助于整車廠降低開發(fā)成本和維護成本，可以覆蓋多種車型，對每種車型只需進行一些軟件配置工作，從而縮短產(chǎn)品整體上市時間，是各個車企汽車電子設計的一種應用趨勢。

4　方案設計目標

設計一種具備集成TPMS接收功能的PEPS系統(tǒng)，要求適用于原廠裝配車型。本設計方案可以基于北汽現(xiàn)有成熟的PEPS和TPMS產(chǎn)品，各項功能和性能指標均滿足國家和企業(yè)標準要求，且PEPS和TPMS的原有功能不會受到影響。

本方案屬于單向直接式TPMS，系統(tǒng)組成包括4個胎壓傳感器和1個射頻接收模塊，其中射頻接收模塊由PEPS控制器集成。胎壓傳感器安裝在汽車輪輞內(nèi)，直接檢測每個輪胎的氣壓、溫度和加速度，然后通過RF射頻信號發(fā)給集成在PEPS內(nèi)的射頻接收模塊，PEPS對接收到的數(shù)據(jù)進行相應的判斷和處理，最終通過CAN總線將處理結(jié)果顯示在儀表或其他顯示屏上。各零部件安裝位置見圖3。

圖3　零部件安裝位置示意圖

本方案重點內(nèi)容是研究和制定清楚PEPS集成TPMS功能后的整個系統(tǒng)主要功能定義、處理策略、通信方式及通信協(xié)議、硬件匹配等方面。

5　系統(tǒng)主要功能和處理策略

5.1TPMS主要功能

本方案中TPMS系統(tǒng)所有功能沒有變化，胎壓傳感器通過輪胎旋轉(zhuǎn)加速度激活，在車輛行駛過程中始終保持工作狀態(tài)，能夠顯示對應輪胎數(shù)據(jù)信息。

TPMS系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，會發(fā)出相應報警。主要報警包括：輪胎高／低氣壓報警、輪胎快速漏氣報警、輪胎高溫報警、傳感器故障報警、傳感器電池電量低等。

5.2PEPS主要功能

本方案中PEPS系統(tǒng)的無鑰匙進入和一鍵起動等功能沒有影響，需要改動的是PEPS控制器除接收鑰匙RKE信號外，還需處理TPMS傳感器發(fā)出的RF數(shù)據(jù)，并按照所設計邏輯進行處理，然后發(fā)到CAN總線上，見圖4系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。

另外，PEPS需要通過EOL下線診斷儀寫入TPMS輪胎壓力和輪胎溫度的報警閾值，其數(shù)值可以通過下線配置進行設定。并且下線過程中還需要通過EOL設備進行LF低頻學習4個胎壓傳感器ID號以及存儲其對應位置。

5.3系統(tǒng)處理策略

5.3.1PEPS接收模式切換

1）電源模式為OFF／ACC（車輛熄火）：PEPS轉(zhuǎn)換到RKE掃描接收模式，等待接收RKE的數(shù)據(jù)信息，停止接收TPMS數(shù)據(jù)，停止向CAN總線發(fā)送TPMS相關(guān)報文。

2）電源模式為ON（車輛點火）：PEPS轉(zhuǎn)換到TPMS持續(xù)接收模式，開始等待TPMS胎壓傳感器數(shù)據(jù)，向CAN總線發(fā)送TPMS數(shù)據(jù)報文。

3）PEPS同時也會接收EMS發(fā)出的發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和ESP發(fā)出的輪速信號作為模式切換的判斷條件。

圖4　系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

5.3.2PEPS報警策略

1）PEPS通過對比收到的氣壓值與高低壓報警閾值，執(zhí)行相應的輪胎低壓或高壓報警，并指示報警輪胎位置。

2）PEPS通過對比收到的溫度值與內(nèi)部高溫報警閾值，執(zhí)行相應的輪胎高溫報警，并指示報警輪胎位置。

3）在車輛運行條件下 （車速≥20 km／h），PEPS在規(guī)定時間內(nèi)未收到某個輪胎胎壓傳感器數(shù)據(jù)時，執(zhí)行傳感器故障報警，并指示報警輪胎位置。具體報警算法處理策略見表1。

表1　報警算法處理策略

5.3.3信息顯示策略

PEPS通過CAN總線發(fā)送數(shù)據(jù)報文，組合儀表接收相關(guān)信號后進行處理和顯示 （包括聲光提醒），TPMS信息顯示示意如圖5所示。

圖5TPMS信息顯示示意圖

5.4硬件參數(shù)

PEPS采用的RF接收芯片，是傳統(tǒng)的ATMEL ATA5722射頻接收和處理芯片，可以匹配本方案所采用的胎壓傳感器。傳感器芯片型號為Freescale MPXY8510。 RKE遙 控 鑰 匙 MCU采 用 PCF7952，Transmitter采用PCF7900。PEPS系統(tǒng)各零部件硬件方面不用進行任何更改。胎壓傳感器參數(shù)見表2。RKE遙控鑰匙參數(shù)見表3。PEPS控制器參數(shù)見表4。

表2　胎壓傳感器參數(shù)

表3RKE遙控鑰匙參數(shù)

表4　PEPS控制器參數(shù)

6　總結(jié)

6.1測試結(jié)果

對測試車上PEPS控制器的2個位置分別進行多次測試。位置一在左后側(cè)圍鈑金處，PEPS的射頻接收效果并不理想，接收效果與幀的接收率只能達到良；位置二在后排座椅下方中間位置，射頻接收效果比較好，接收效果與幀的接收率都達到優(yōu)。位置二的接收效果可以滿足要求，基本等同TPMS獨立接收模塊的接收效果。本次試驗為后續(xù)推行量產(chǎn)方案提供測試數(shù)據(jù)支持，針對本次測試車型，PEPS的推薦安裝位置為后排座椅下方中間，插接件方向水平朝車前。

6.2結(jié)論

本文針對目前北汽現(xiàn)有的PEPS系統(tǒng)和TPMS系統(tǒng)，在不影響整體功能和性能的前提下，設計一種集成式方案，將TPMS功能集成在PEPS系統(tǒng)里。本方案不用更改各零部件本身的硬件電路，整車可以省掉一個胎壓接收控制器，單車成本節(jié)約110元左右。后續(xù)新開發(fā)的車型，已經(jīng)規(guī)劃考慮采用此集成方案，預計2017年底量產(chǎn)。目前在開發(fā)的車型，降本方案已經(jīng)提報，后續(xù)會按照各項目的具體計劃實施。

參考文獻：

［1］張曉杰，蔣鈴鴿.一種針對汽車PEPS系統(tǒng)的方案設計與實現(xiàn)［J］.電子世界，2013（11）：37-38.

［2］楊鳳龍.基于模型開發(fā)的汽車無鑰匙啟動控制器的設計與實現(xiàn)［D］.上海交通大學碩士論文，2013：1-3.

［3］馮剛，姜長泓，李忠健.輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng) （TPMS）實現(xiàn)方法簡述 ［J］.自動化技術(shù)與應用.2007，26（2）：51-53.

（編輯心翔）

中圖分類號：U463.4

文獻標識碼：A

文章編號：1003－8639（2016）05－0047－04

收稿日期：2016-01-25；修回日期：2016-02-26

作者簡介：路平 （1982-），男，北京人，碩士，主要從事車身控制系統(tǒng)開發(fā)。

Design and Research of Integrating TPMS with PEPS

LU Ping，SUN Can，ZHANG Jin-ming
（Electronic appliance and A／C Department，BAIC Motor Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 101300，China）

Abstract：This paper elaborates design requirements of a plan which integrates RF receiving function with PEPS，and demonstrates the control strategy and communication agreements of the whole system.Tire pressure receiving effect is tested on vehicle，and the result shows the RF receiving rate satisfies design requirement and thus the plan is applicable.

Key words：PEPS；TPMS；function；integrating