乘用車Ⅱ類胎壓監(jiān)測系統(tǒng)分析

王玉磊 劉兵 楊清凱 段國浩 王洪巖

（中國汽車技術研究中心有限公司）

輪胎氣壓作為影響輪胎性能和汽車安全的重要指標和參數(shù)，對汽車的動力性、經(jīng)濟性和行車安全有著重要影響。當輪胎氣壓過低時，輪胎自身結構內(nèi)應力就會向不理想的方向發(fā)展，會增加輪胎爆胎風險，給汽車行車帶來安全隱患。乘用車在使用過程中由于輪胎欠壓引發(fā)的交通事故比比皆是。2017年10月發(fā)布的強制性國家法規(guī)GB 26149—2017《乘用車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的性能要求和試驗方法》對我國的M1 類車輛胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）的性能提出明確規(guī)定。Ⅱ類TPMS 產(chǎn)品在TPMS 產(chǎn)品中占據(jù)較大市場，因其原理的不同，其性能采用GB 26149—2017 標準檢測的表現(xiàn)各異[1-2]。文章依據(jù)GB 26149—2017 對市場上的Ⅱ類TPMS 產(chǎn)品的裝車性能進行分析和試驗驗證。

1 Ⅱ類胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的原理及性能

根據(jù)TPMS 的原理和功能，GB 26149—2017《乘用車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的性能要求和試驗方法》[2]中將TPMS 分為了Ⅰ類和Ⅱ類。現(xiàn)階段多數(shù)胎壓監(jiān)測系統(tǒng)屬于Ⅱ類胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，其中含有直接式和間接式2 種原理的系統(tǒng)。

1.1 Ⅱ類胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的性能要求及試驗方法

1.1.1 性能要求

文獻[2]中對Ⅱ類TPMS 的性能要求如下：

1）單胎欠壓狀態(tài)欠壓報警時間限值為10 min，顯示標準中的報警信號。

2）多胎欠壓狀態(tài)欠壓報警時間限值為15 min，顯示標準中的報警信號。

3）系統(tǒng)自身故障要求報警時間限值為10 min，顯示信號的表示方式需要明確區(qū)別于氣壓標準的表示，并在產(chǎn)品使用說明書中說明。

4）圖1 示出2 種不同的TPMS 報警信號標志。Ⅱ類TPMS 報警信號要求：必須包含圖1a，可配備圖1b 或經(jīng)修改的接近車輛真實外形的類似圖1b 的標志，圖1b（含修改）應在欠壓報警時明確指出欠壓輪胎的具體位置。

圖1 2 種不同的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）報警信號標志

1.1.2 試驗方法

文獻[2]中對Ⅱ類TPMS 的試驗方法如下：

1）試驗進行前將車輛靜置至少1 h；

2）將輪胎氣壓調(diào)整到車輛試驗載荷對應的汽車推薦輪壓（Prec）；

3）如有必要，重置TPMS；

4）按標準規(guī)定的目標車速在道路上累積行駛正向10 min，反向10 min，系統(tǒng)在這累積的20 min 內(nèi)會發(fā)生變化，輪胎自身胎壓和胎溫升高并達到一個相對的穩(wěn)定狀態(tài)，系統(tǒng)會采集這20 min 的數(shù)據(jù)，用來推算推薦輪胎氣壓值和欠壓值；

5）在5 min 內(nèi)將胎壓調(diào)整到（75%Prec-7）kPa；

6）調(diào)整結束后按規(guī)定車速繼續(xù)行駛直至系統(tǒng)報警，記錄從達到欠壓狀態(tài)到系統(tǒng)報警的時間。

為按標準實現(xiàn)檢驗能力，研究搭建出Ⅱ類胎壓監(jiān)測系統(tǒng)性能試驗用儀器，如圖2 所示。

圖2 Ⅱ類胎壓監(jiān)測系統(tǒng)性能試驗儀器

該儀器性能如下：

1）設備滿足在汽車行駛過程中執(zhí)行欠壓操作；

2）自動精確控制輪胎氣壓，操作及測量總誤差不超過3 kPa；

3）所有輪胎氣壓測量參數(shù)出自同一壓力測量設備；

4）試驗系統(tǒng)具備自動計時能力。

1.2 直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的原理及性能[3-5]

直接式TPMS 通過輪胎內(nèi)部的氣壓傳感器測得胎壓數(shù)據(jù)，并將胎壓數(shù)據(jù)通過無線信號發(fā)送到行車電腦。行車電腦將信號進行處理后，將胎壓信息發(fā)送到儀表盤上進行顯示或報警。當直接式胎壓監(jiān)測信號出現(xiàn)自身故障時，由于使用無線傳輸?shù)脑?，系統(tǒng)判定壓力傳感器缺失相對困難，所以直接式TPMS 的自身故障報警會相對困難（較典型的傳感器信號丟失工況）。

表1 示出4 臺樣車的部分試驗結果。從表1 可以看出，直接式TPMS 欠壓報警反應及時迅速，故障報警相對困難，有不符合標準的情況出現(xiàn)。

表1 4臺樣車欠壓及故障報警檢驗結果（直接式Ⅱ類）

1.3 間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的原理及性能[3,6]

間接式TPMS 的基本原理是通過足量采集安裝在車輛輪邊的輪速傳感器的數(shù)據(jù)，在重置學習過程中建立每一個輪胎正常直線行駛時與相鄰輪胎轉(zhuǎn)速的關系。如果其中一個輪胎過度欠壓，則其滾動半徑會變小，使在同一車速下該輪胎相對其他相鄰輪胎而言轉(zhuǎn)速增加，從而判定輪胎欠壓。由于輪胎滾動半徑對胎壓的敏感度較低，多輪胎欠壓時直線行駛狀態(tài)下輪胎轉(zhuǎn)速的相對關系變化并不突出，所以很難識別欠壓。因此間接式TPMS通過采集輪速傳感器等車輛傳感器的信號，并對其作深度處理，得出與胎壓相關的輪胎的某些運動學和力學特性。通過將重置和學習的正常數(shù)據(jù)進行對比，以及系統(tǒng)中的輪胎的各方面狀態(tài)與氣壓對應關系的數(shù)據(jù)進行分析，推算出目前輪胎胎壓，并實現(xiàn)報警功能。

由于間接式TPMS 的程序及算法的復雜性，以及需要較長時間采集大量的數(shù)據(jù)作為支撐，間接式TPMS需要很長時間進行監(jiān)測及推算，導致其欠壓報警時間明顯比直接式TPMS 需要的時間長。另外由于車輛輪胎欠壓行駛時的狀態(tài)也是不斷變化的，這也給間接式TPMS 對氣壓狀態(tài)的識別和判定增加了困難。

間接式胎壓監(jiān)測的所有傳感器都是車輛上固有且有線連接的，當系統(tǒng)中傳感器丟失或沒有信號時，系統(tǒng)可以明確系統(tǒng)故障。所以間接式TPMS 對丟失傳感器信號類型的系統(tǒng)故障可以很快地判定，其系統(tǒng)故障報警相對較快。

基于GB 26149—2017 的測試方法，同樣隨機選取了4 臺配備間接式TPMS 的樣車進行試驗，部分試驗結果，如表2 所示。

表2 4臺樣車欠壓及故障報警檢驗結果（間接式Ⅱ類）

1.4 直接式和間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的特點

基于不同原理的TPMS 所能顯示的信息不同，間接式TPMS 因其監(jiān)測不到真實的輪胎內(nèi)部氣體壓力信息，欠壓輪胎與相鄰輪胎之間在欠壓判定時有相互參照的關系，所以在多輪或全輪欠壓時不能夠明確指出欠壓輪胎的具體位置。直接式TPMS 是根據(jù)壓力傳感器檢測到的實際壓力數(shù)據(jù)做欠壓判定，只和標準或推薦胎壓進行對比。所以直接式TPMS 基本都能夠顯示圖1b 或經(jīng)修改的接近車輛真實外形的類似圖1b 的標志（儀表板或屏幕顯示空間受限的除外），準確地指示欠壓輪胎的具體位置，然而由于其系統(tǒng)信號是無線傳輸，所以存在報警位置錯誤的情況。

2 結論

從直接式與間接式TPMS 的數(shù)據(jù)結果及原理分析可以明顯地得出：

1）欠壓報警：直接式TPMS 的欠壓報警比較迅速，一般在壓力降低到標準試驗限值（75%Prec-7）kPa 之前（達到欠壓值75%Prec）發(fā)生報警；直接式TPMS 試驗過程中發(fā)現(xiàn)，對ECE 標準同樣適用的部分車型在更高胎壓狀態(tài)迅速報警；間接式TPMS 雖然也在規(guī)定時間內(nèi)達到報警的目的，但報警時間相對較長。

2）故障報警：試驗也驗證了由于系統(tǒng)原理的區(qū)別，系統(tǒng)自身故障報警表現(xiàn)存在很大的差異，直接式TPMS易發(fā)生典型故障，系統(tǒng)故障報警時間較長，而間接式TPMS 的系統(tǒng)故障報警時間較短。