淺談胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的整車設(shè)計方案

梁晨，劉云太，高興，王沐晗，楊碩

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110044）

淺談胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的整車設(shè)計方案

梁晨，劉云太，高興，王沐晗，楊碩

（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110044）

隨著世界上汽車銷量的不斷增長，汽車交通事故發(fā)生率也逐年增加。因此，消費者越來越注重汽車的安全性能。安全氣囊和安全帶作為兩種汽車配置中的被動安全電子配置。他們實時保護駕駛者和乘客的安全。然而目前，在所有交通事故的統(tǒng)計中，爆胎導(dǎo)致的交通事故占據(jù)了所有交通事故的70%左右。這堪稱汽車安全中的第一殺手。因此為了使駕駛者駕駛更加安全。胎壓監(jiān)測系統(tǒng)是必不可少的。它作為一種汽車主動安全電子裝置實時保證汽車駕駛者的安全。此外，它還可以具有延長輪胎的使用壽命，降低車輛的平均油耗等優(yōu)點。文章通過調(diào)查并結(jié)合實際出發(fā)介紹幾種胎壓檢測系統(tǒng)的整車設(shè)計方案。最終結(jié)合實際選擇出適合整車開發(fā)的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)類型。

胎壓監(jiān)測系統(tǒng)；類型；安全

引言

胎壓監(jiān)測系統(tǒng)與安全帶和安全氣囊不同。前者是主動式汽車安全電子零部件，而后者是被動式汽車安全電子零部件。從駕駛者開始駕駛啟動的那一刻起，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)實時關(guān)注汽車輪胎的狀況。輪胎如有故障信息，該系統(tǒng)會第一時間通過組合儀表或抬頭顯示通知駕駛員，進而達到保證駕駛員穩(wěn)定運行的目的。

目前大體上，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)[1-4]分為兩種設(shè)計方案。一種是直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)；另外一種是間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)。直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)是由一個胎壓控制器和四個胎壓傳感器所組成。胎壓控制器安裝在車身或者內(nèi)飾上。胎壓傳感器安裝在輪轂的氣門嘴上。然而間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)集成在ABS模塊中，通過其內(nèi)部集成的胎壓監(jiān)測算法軟件來進行判斷輪胎是否處于故障狀態(tài)。除此之外，直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)還可以繼續(xù)劃分成單向式直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，雙向式直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)以及集成的單向或雙向直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)。胎壓監(jiān)測系統(tǒng)不中的整車設(shè)計方案優(yōu)缺點各不相同，優(yōu)勢各異。所以，我們要根據(jù)不同整車項目的要求來選擇合適的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案。最終達到胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定工作和降低整車研發(fā)和單個零部件的成本目的。

1 間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案

間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)是通過集成在 ABS內(nèi)部的胎壓軟件算法進行運行工作的。它具體的內(nèi)部胎壓軟件算法是通過對比輪胎的滾動半徑的大小。進而該系統(tǒng)判斷出到底哪個輪胎欠壓報警。這種胎壓監(jiān)測系統(tǒng)報警方式有一個缺點就是車輛必須至多跑上 10min。該系統(tǒng)的內(nèi)部胎壓計算報警軟件才能進行計算和判斷到底是哪個輪胎出現(xiàn)故障報警。另外，如果車速超過110km/h以上，這種軟件算法就失靈了。因此間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)具有很大的局限性。該系統(tǒng)很難全方位的保證駕駛者的行車安全。而且還有可能出現(xiàn)誤報的現(xiàn)象發(fā)生。一般國內(nèi)主機廠很少采用這種胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案。但是由于這種的整車間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案的整車研發(fā)和單個零部件成本相對較低，因此深受國內(nèi)合資車廠的喜愛。所以合資車廠生產(chǎn)的車型配置的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)大都是間接式。另外，這種間接式的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的報警功能很有限。只有單個輪胎壓力低報警和整車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)故障報警。報警功能的缺少對于行車過程中駕駛者的保護也是不夠全面的。所以，間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)存在一種很大的局限性。在目前胎壓監(jiān)測系統(tǒng)中，只有很小的使用市場。最終，隨著中國胎壓檢測系統(tǒng)法規(guī)的出臺以及胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的歐規(guī)和美規(guī)的進一步更新。間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)會逐漸被直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)所取代。

2 直接單向式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案

直接單向式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)是由一個胎壓控制器和四個胎壓傳感器所組成。其中，胎壓控制器安裝在車身鈑金上或者內(nèi)飾上。胎壓傳感器安裝卡接固定在輪轂氣門嘴上。直接單向式胎壓檢測系統(tǒng)的工作方式是汽車啟動后，輪胎的轉(zhuǎn)動的重力加速度超過了胎壓傳感器的設(shè)定的重力加速度后，胎壓傳感器將采集到的輪胎信息以433MHZ左右的高頻通過無線的方式傳遞給胎壓控制器的天線進行接收。胎壓控制器將接收到的胎壓傳感器發(fā)送的輪胎信息通過其內(nèi)部的之前設(shè)定的好的胎壓報警邏輯算法進行分析判斷到底哪一個輪胎出了哪些故障。最后胎壓控制器將判斷出來的報警信息以 CAN信號或者模擬信號的形式發(fā)送給組合儀表進行顯示。進而達到快速提醒駕駛員胎壓報警信息的目的。駕駛員通過該系統(tǒng)報出的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的具體輪胎故障信息進而得知輪胎到底出了哪些故障。最終方便提示駕駛者去 4S店對自己車輛的輪胎的故障部分進行維修。

由于直接單向式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)是由于1個胎壓控制器和4個胎壓傳感器。這樣會增加整車零部件的研發(fā)成本。進而會影響整車單價的成本。另外，如果傳感器不帶有自動學(xué)習(xí)功能的話，既胎壓傳感器不能夠和胎壓控制器綁定在一起。那么主機廠的生產(chǎn)線需要購買胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的自動學(xué)習(xí)設(shè)備或者手持學(xué)習(xí)設(shè)備。這樣也會影響到整車的研發(fā)成本。一般來講，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的自動學(xué)習(xí)設(shè)備要比手持學(xué)習(xí)設(shè)備貴很多。但是胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的手持設(shè)備的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的學(xué)習(xí)效率要比胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的自動學(xué)習(xí)設(shè)備慢很多。進而會影響整車的生產(chǎn)節(jié)拍。最終降低整車的生產(chǎn)效率。此外，帶自動學(xué)習(xí)的胎壓傳感器也要比傳統(tǒng)的胎壓傳感器成本更高一些。

雖然直接式單向式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)相對于間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的成本更高，但是直接式的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)報警信息功能更多。其中包括輪胎高壓報警，輪胎低壓報警，輪胎高溫報警，輪胎快速漏氣報警，胎壓傳感器電量低報警以及胎壓傳感器失聯(lián)報警等信息。這么多的胎壓報警功能信息通過組合儀表可以告知駕駛者哪個輪胎到底是出現(xiàn)了什么故障。這樣會方便駕駛者去 4S進行維修車輛。直接單向式的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)還有一個缺陷，輪胎的重力加速度必須超過胎壓傳感器的重力加速度的設(shè)定值。胎壓傳感器才能激活。這也就意味著直接單向式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)要工作，車輛必須要行駛一段時間。所以，駕駛者上車后上電很難第一時間發(fā)現(xiàn)輪胎故障。這樣會多會少對駕駛者的安全有影響。

3 直接雙向式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案

直接雙向式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)除了包括一個胎壓控制器和四個胎壓傳感器之外，還包括了4個低頻天線傳感器觸發(fā)器。這四個胎壓傳感器的低頻天線觸發(fā)器是為了以 125kHz低頻頻率進行胎壓傳感器的低頻觸發(fā)激活。駕駛員剛上車鑰匙打到ON檔，低頻天線傳感器觸發(fā)器激活胎壓傳感器后，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)開始工作運行。既駕駛員一啟動汽車，就可以通過汽車組合儀表看到四個輪胎的壓力和溫度數(shù)值。不用像直接單向式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)那樣，必須得輪子發(fā)生轉(zhuǎn)動后。輪子的重力加速度超過胎壓傳感器的重力加速度的設(shè)定值后，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器才開始運行工作。這樣直接單向胎壓監(jiān)測系統(tǒng)要比直接雙向胎壓監(jiān)測系統(tǒng)運行的時間相對滯后一些。所以，直接單向胎壓監(jiān)測系統(tǒng)沒有直接雙向的穩(wěn)定性以及安全性要好。

所以直接雙向胎壓監(jiān)測系統(tǒng)除了包含直接單向式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的所有報警功能。而且還包括了上電低頻觸發(fā)激活胎壓傳感器的功能。所以，功能的增加也會帶來單個零部件和整車研發(fā)過程中的成本的增加。但是，這種胎壓監(jiān)測系統(tǒng)對于一般的消費者不會產(chǎn)生誤解和客戶抱怨。一啟動汽車，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)就開始工作，并且顯示每個對應(yīng)輪胎的壓力和溫度狀態(tài)。這會讓客戶第一時間了解自己愛車的輪胎壓力狀態(tài)。往往直接式單向胎壓監(jiān)測系統(tǒng)就會給客戶帶來一些煩惱和抱怨。進而可能影響到該車型品質(zhì)和市場口碑。

因此這種直接雙向式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)由于較高的零部件成本，這種胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案很少在國內(nèi)汽車主機廠中配置使用。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，一般這種胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案在國外進口高端車型中使用比較多。所以，由于法規(guī)和成本的原因，這種胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案很難像直接單向式的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)那樣得到推廣使用。

4 復(fù)合式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案

復(fù)合式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)是由四個胎壓傳感器和一個集成在汽車其他ECU中的所謂的胎壓控制器所組成。所謂的胎壓控制器是將胎壓控制器中的軟件包下載到汽車其他控制器ECU中。這樣會在一定程度上降低了胎壓控制器硬件以及線束接插件的成本壓力。但是會在一定程度上增加集成汽車電子控制器ECU的硬件成本。就目前來看，胎壓控制器的軟件包一般集成在車身控制器（BCM）中，車身控制器的硬件上只需要一個天線電路即可。這種胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案也可以節(jié)省車身空間和車身安裝點。這種復(fù)合式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)比較適合車型改款配置升級的方案。這樣車身和線束數(shù)據(jù)不需要大改動。進而不會影響到整個項目模具費用的增加。最終達到降低整車項目的研發(fā)經(jīng)費。總體來說，這是一種相對成本比較低的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案。

目前來看這種復(fù)合式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案越來越受到國內(nèi)主機廠的歡迎。由于我國胎壓法規(guī)的即將出臺。這種復(fù)合式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計方案越來越適用在老款車型改革增加胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的項目中。這樣會節(jié)省項目的開發(fā)周期和開發(fā)成本。進而提高效率，達到搶先占領(lǐng)市場的目的。

5 結(jié)論

胎壓監(jiān)測系統(tǒng)是一種非常好的汽車主動安全配置。它不但可以降低整車的平均油耗，而且可以延長汽車輪的使用壽命。并最終保障駕駛員的行車安全。據(jù)不完全統(tǒng)計，歐洲一個大型的物流貨車隊。配置胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的比沒有配置胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的車隊一年可以節(jié)省上百萬歐元燃油費以及幾萬歐元的輪胎磨損費。所以，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)除了可以保障駕駛員的安全，也可以在一定程度上降低用車成本。

另外，以上介紹的幾種在整車項目中開發(fā)使用的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案需要根據(jù)自己的實際整車項目情況進行選擇。這其中各有利弊。胎壓監(jiān)測系統(tǒng)作為一種新型的主動安全系統(tǒng)。它可以實時保護駕駛者的行駛安全。它是一種十分有必要的汽車電子安全裝置。隨著我國汽車保有量的逐漸增多。因此，呼吁我國胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的強制法規(guī)早日出臺。這樣可以保證我國每一個駕駛者的行駛安全。進而達到減少因為爆胎原因發(fā)生交通事故的概率。為了自己的自身駕駛安全需要，給自己的愛車裝一套胎壓監(jiān)測系統(tǒng)是必不可少的。

[1] 梁晨.研究直接式胎壓控制器的車身擺放位置[J].汽車實用技術(shù),2017,(12):30-31.

[2] 梁晨.深究 ASK 和 FSK 無線信號胎壓傳感器[J].汽車實用技術(shù),2017,(07):34-36.

[3] 梁晨.汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)在中國未來發(fā)展趨勢分析[J].汽車零部件,2017,(02):83-85.

Discussion on vehicle design scheme of tire pressure monitoring system

Liang Chen, Liu Yuntai, Gao Xing, Wang Muhan, Yang Shuo
( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110044 )

With the growth of automobile sales in the world, the rate of automobile traffic accidents is increasing year by year.Therefore, the consumers are paying more and more attention to the safe performance of automobiles. The airbags and seat belts are used as two kinds of passive safety electronic configurations in automotive configurations. They protect the safety of drivers and passengers in real time. However, at present, in the statistics of all traffic accidents, the accidents are caused by flat tire, accounting for about 70% of all traffic accidents. This is the first killer in car safety. Therefore, in order to enable drivers to drive safely. The tire pressure monitoring system is essential. As a kind of active safety electronic device for automobile, it ensures the safety of the driver in real time. In addition, it can also extend the life of tires and reduce the average fuel consumption of vehicles. In practice, this paper introduces the design scheme of several kinds of tire pressure monitoring system. Finally, the type of tire pressure monitoring system suitable for vehicle development is selected according to the actual situation.

TPMS; Kinds; Safety

U462.1

A

1671-7988 (2017)21-32-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.012

CLC NO.: U462.1

A

1671-7988 (2017)21-32-03

梁晨，男，助理工程師，就職于華晨汽車工程研究院。研究領(lǐng)域：汽車組合儀表，胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，網(wǎng)關(guān)等。