汽車輪胎胎壓監(jiān)控系統(tǒng)的檢測與維修

張海松， 陳 寧

（浙江機電職業(yè)技術學院， 浙江 杭州 310000）

輪胎充氣壓力（簡稱胎壓） 對車輛的動態(tài)行駛性能具有決定性的影響，并由此保障道路交通的安全性，影響輪胎的使用壽命，甚至影響車輛的燃油消耗和CO2排放。不正確的輪胎壓力可能引起交通事故，從而造成額外費用。目前大部分車輛上都配備胎壓監(jiān)控系統(tǒng)（簡稱TPMS），相關的故障維修，是企業(yè)實際工作中經(jīng)常遇到的工作任務。

本文以大眾奧迪品牌胎壓監(jiān)控系統(tǒng)為對象，詳細介紹間接測量系統(tǒng)和直接測量系統(tǒng)的結(jié)構和工作原理，并以奧迪實車案例，講解相關故障的檢測與維修，為相關從業(yè)者提供一定的學習參考。

目前大眾奧迪品牌車系中基本上采用兩種不同的胎壓監(jiān)控系統(tǒng)技術解決方案：間接測量系統(tǒng)和直接測量系統(tǒng)［2］。

1 間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)RKA

間接測量系統(tǒng)并不是通過測量輪胎內(nèi)的壓力來確定壓力損失，而是使用安裝在車內(nèi)的防抱死系統(tǒng)現(xiàn)有部件，以實現(xiàn)系統(tǒng)功能。將每個車輪的車輪轉(zhuǎn)速與一個已匹配并保存的額定值進行對比。從轉(zhuǎn)速值中得出有關輪胎內(nèi)壓力比的結(jié)論，如圖1所示，因此將這種方法稱為“間接”測量法。

大眾品牌的間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)RKA的后續(xù)研發(fā)產(chǎn)品也不斷升級，主要有RKA Plus、Plus （RKA+） 等，相比RKA系統(tǒng)增加可識別全部4個輪胎上同時出現(xiàn)的緩慢壓力損失和能夠結(jié)合來自發(fā)動機管理系統(tǒng)的其他傳感器信號等功能，下面主要介紹RKA Plus結(jié)構與原理。

圖1 間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)RKA

1.1 RKA Plus的系統(tǒng)結(jié)構

RKA Plus的系統(tǒng)結(jié)構無需額外的部件，使用儲存在ABS控制單元內(nèi)的RKA Plus軟件和4個車輪轉(zhuǎn)速傳感器，如圖2所示。

1.2 RKA Plus的工作原理（圖3）

1） 輸入值

在行駛過程中，輪胎上的轉(zhuǎn)速傳感器檢測每個車輪的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，并將信息傳輸給ABS控制單元J104，系統(tǒng)通過CAN數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)陌l(fā)動機扭矩、縱向加速度和偏轉(zhuǎn)率，從轉(zhuǎn)速信息中推導出輪胎的振動特性。

圖2 RKA Plus的系統(tǒng)結(jié)構

圖3 RKA Plus的工作原理

2） 信息處理

每個輪胎在滾動時都以固有頻率和振動強度的振動模式振動，固有頻率和振動強度會影響轉(zhuǎn)速信號。當胎壓變化時，頻率和振幅也會發(fā)生變化。根據(jù)對各個輪胎振動模式的比較（光譜分析），系統(tǒng)得出輪胎存在微小胎壓損失的結(jié)論。如果某個輪胎漏氣，則其固有振蕩的幅度會增加，同時頻率降低。系統(tǒng)在匹配過程中確定并保存每個車輪的振動模式。如果當前檢測到的振動模式與之前匹配時保存的、用于確定閾值的振動模式存在偏差，說明存在微弱的壓力損失并隨后發(fā)出警告消息。

3） 信息輸出

系統(tǒng)向ABS控制單元發(fā)送警告消息或通過組合儀表或者信息娛樂系統(tǒng)向駕駛員發(fā)出信息。根據(jù)故障原因，系統(tǒng)的消息反應如表1所示。

因為動態(tài)行駛性能會部分造成各輪胎的車輪轉(zhuǎn)速同時出現(xiàn)顯著的不同，因此系統(tǒng)通過延遲功能給出壓力損失警告。延遲功能起動情況：在出現(xiàn)驅(qū)動輪側(cè)滑或制動打滑時、在彎道行駛時、在車輛帶有極不均勻的負載時、在上坡和下坡行駛時和車輛在不良路況上打滑時。

4） 系統(tǒng)條件

在輪胎正確充氣的情況下必須匹配車輪轉(zhuǎn)速的額定值；必須由駕駛員手動運行；只有在匹配過程中達到正確的輪胎壓力，系統(tǒng)才能識別到胎壓損失。

5） 匹配新的額定壓力

根據(jù)車輛配置，可選擇通過輪胎監(jiān)控顯示系統(tǒng)按鈕、轉(zhuǎn)向柱開關、多功能方向盤或信息娛樂系統(tǒng)Car菜單中的功能進行匹配。隨后系統(tǒng)將自動執(zhí)行其他步驟并結(jié)束匹配過程。在輪胎壓力改變時、更換輪胎后以及在維修車間對底盤進行維修后，必須由駕駛員啟動新的匹配過程。

表1 系統(tǒng)的消息反應

2 直接測量輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)RDK

直接測量系統(tǒng)RDK依靠的是安裝在輪胎上的壓力和溫度傳感器，直接檢測每個車輪輪胎內(nèi)的壓力。由于車輪的旋轉(zhuǎn)運動，傳感器的信號以無線方式傳輸，如圖4所示。

圖4 傳感器的信號以無線方式傳輸

大眾品牌直接胎壓監(jiān)測系統(tǒng)RDK的后續(xù)研發(fā)產(chǎn)品也不斷升級，主要有Basis-RDK、Midline-RDK （帶自動定位功能的直接測量輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)）、ighline-RDK （帶觸發(fā)器系統(tǒng)的直接測量輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)RDK） 等，本文主要介紹Midline RDK結(jié)構與原理。

2.1 直接測量式RDK系統(tǒng)結(jié)構

帶自動定位功能的輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng) （Midline RDK），每個車輛有獨自的胎壓傳感器與車輛輪胎位置進行匹配。J502胎壓監(jiān)測控制單元知道在左前或右后車輪上安裝的是哪個車輪電子裝置，因此可以確定并顯示存在壓力損失的輪胎位置，主要由G222左前胎壓傳感器、G223右前胎壓傳感器、G224左后胎壓傳感器、G225右后胎壓傳感器、H3蜂鳴器和聲音警報、J285組合儀表中的控制單元、J502胎壓監(jiān)測控制單元等組成，直接測量式RDK系統(tǒng)的結(jié)構如圖5所示。

圖5 直接測量式RDK系統(tǒng)的結(jié)構

2.2 工作原理

1） 輸入值

4個車輪電子裝置檢測壓力、加速度、溫度和輪胎內(nèi)的空氣以及轉(zhuǎn)動方向，并將這些數(shù)據(jù)通過接收天線發(fā)送給胎壓監(jiān)測控制單元，工作原理如圖6所示。

2） 信號處理

根據(jù)接收的場強和轉(zhuǎn)動方向以及通過HF電報傳輸?shù)脑O備ID，可實現(xiàn)車輪電子裝置與輪胎位置的配對。在此，控制單元根據(jù)場強識別接收到的HF電報是屬于前橋還是屬于后橋。通過轉(zhuǎn)動方向可判斷是位于車輛的左側(cè)還是右側(cè)?？刂茊卧溃瑤в幸?guī)定設備ID的車輪電子裝置位于例如右前軸上，并將相應測量值與此位置配對?？刂茊卧邮哲囕嗠娮友b置發(fā)送的實際壓力，并在無溫度補償?shù)那闆r下與額定壓力進行比較。如果實際壓力低于一個或多個規(guī)定的警告閥值，則會顯示與位置相關的胎壓警告。警告分為：①軟警告，帶有胎壓檢測要求、ECE警告；②指示燈亮起同時要求檢測胎壓、硬警告；③指示燈亮起同時顯示文本信息“胎壓過低”和輪胎漏氣；④指示燈亮起同時顯示文本信息“輪胎漏氣”4個等級。

圖6 工作原理

3） 輸出顯示

除了警告信息之外，Midline RDK還在組合儀表或信息娛樂系統(tǒng)顯示屏上顯示當前具體的額定胎壓和實際胎壓。顯示信息和提示如表2所示。

表2 顯示信息和提示

當滿足下述條件，在達到規(guī)定的額定壓力前可撤銷警告：①車輛停止行駛；②與上次“車輛行駛”時接收到的實際壓力相比，壓力升高；③實際壓力高于額定壓力。

如果安裝了沒有車輪電子裝置的備胎，在車輛行駛時將撤銷警告并直接顯示系統(tǒng)故障。

4） 系統(tǒng)條件

Midline RDK要執(zhí)行胎壓監(jiān)控，必須滿足下述條件：①接通接線端15號線；②與至少一個識別到的車輪電子裝置實現(xiàn)信號連接；③成功完成系統(tǒng)功能測試；④在車速超過20 km/h時檢測溫度、加速度和轉(zhuǎn)動方向值。

5） 匹配新的額定壓力

當車速超過大約20km/h時，將自動匹配新的車輪電子裝置。匹配時間通常少于2min。新的車輪電子裝置只會匹配相應的位置，前提是該位置沒有接收到匹配的車輪電子裝置信號。已匹配的車輪電子裝置在信號處理中始終具有較高的優(yōu)先權，這樣不會受到外部車輪電子裝置的影響。

3 故障案例

3.1 故障現(xiàn)象

一輛大眾奧迪2018款的A4L，儀表經(jīng)常報警 （有時1-2天，有時一個星期左右會出現(xiàn)胎壓報警），顯示右后輪胎胎壓不足，如圖7所示。

圖7 故障現(xiàn)象

3.2 故障排除

1） 客戶第一次反映右后胎壓報警時，檢測技師對右后輪胎進行檢測沒有發(fā)現(xiàn)缺氣并且4個輪胎氣壓相近；認為可能由于外界等其它外因造成誤報警，所以對胎壓進行重新校準和保存，并且建議客戶使用觀察。

2） 客戶車子行駛4天左右，來電反映右后輪胎壓又報警，當時服務顧問建議客戶停車檢查輪胎是否有胎壓不足現(xiàn)象，客戶表示沒有明顯缺氣現(xiàn)象，由于客戶當日有事，服務顧問在電話中教客戶在MMI中保存當前胎壓，儀表報警燈熄滅，建議抽空來店檢修。

3） 過了一周后右后輪胎壓報警來店檢查，再次檢查氣壓都正常，檢查右后輪胎型號與其它輪胎一致并且外觀都正常，目視檢查右后輪胎及周圍部件外觀也是正常，查詢車輛維修歷史無任何事故等記錄。通過診斷電腦檢查03中有故障碼：右后輪胎壓力警告-輪胎氣壓不足靜態(tài)，通過故障導航需校準輪胎氣壓及儲存胎壓，就沒有其他明確指示。

由于間歇式胎壓監(jiān)控，考慮是不是輪胎跳動厲害，所以做了動平衡并且與左后輪互換，試車第3天故障現(xiàn)象又再現(xiàn)。懷疑是右后懸掛問題，對其進行4輪定位檢查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)其數(shù)據(jù)正常。最后懷疑是右后輪速傳感器問題，拆下觀察未發(fā)現(xiàn)異常，與正常車子右后輪速傳感器互換后試車，4天后故障再次出現(xiàn)。

查詢關于間歇式胎壓監(jiān)控資料后，該車采用的是間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)RKA，由于前期操作已經(jīng)排除右后輪胎鋼圈、右后懸掛問題及右后輪速傳感器，很有可能是右后軸承方面出現(xiàn)問題。于是拆卸右后軸承并且檢查時發(fā)現(xiàn)右后軸承感應圈（磁圈） 有金屬碎屑，如圖8所示，造成右后輪速傳感器錯誤信號，這個錯誤信號累計一定時間造成其胎壓報警。對異物進行處理后，故障消除。

圖8 右后軸承感應圈 （磁圈） 有金屬碎屑

3.3 故障原因分析

由于車輛胎壓監(jiān)控系統(tǒng)是間歇式［輪胎監(jiān)控顯示系統(tǒng)使用防抱死制動系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，以便能確定輪胎的滾動周長，滾動周長要與參考值進行對比，從對比后兩值的微小變化中就可識別出輪胎失壓。參考值是在系統(tǒng)的自學習過程（就是所謂的校準） 中根據(jù)實際的行駛數(shù)據(jù)計算出］，由于右后軸承感應圈（磁圈） 處有異物造成右后輪速傳感器檢測失真，造成故障現(xiàn)象。

4 結(jié)語

汽車輪胎監(jiān)測系統(tǒng)，不論是直接式還是間接測量式，出現(xiàn)相關故障報警時，首先要檢查輪胎氣壓是否正常，再排除輪胎胎壓故障的情況下，再進一步檢查汽車輪胎監(jiān)測系統(tǒng)的相關部件。對于間接式輪胎監(jiān)測系統(tǒng)，出現(xiàn)胎壓正常的報警，一般故障出現(xiàn)在輪速傳感器方面，表現(xiàn)為輪速傳感器自身故障和輪速傳感器信號被干擾等；對于直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，出現(xiàn)胎壓正常的報警，一般故障是輪胎胎壓傳感器的匹配、信號干擾和輪胎胎壓傳感器自身損壞等。