整車(chē)直接式胎壓監(jiān)測(cè)匹配原理及應(yīng)用

李 鉦

（江鈴控股有限公司，江西 南昌 330200）

1 胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）是一種采用輪胎壓力傳感器對(duì)輪胎實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的壓力和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，利用無(wú)線(xiàn)發(fā)射器將壓力信息以高頻無(wú)線(xiàn)電波（RF）發(fā)送到中央接收器模塊上并顯示數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。

車(chē)輛的每個(gè)輪胎都安裝一套輪胎壓力傳感器，通過(guò)內(nèi)置的加速度傳感器進(jìn)行觸發(fā)，當(dāng)車(chē)輛時(shí)速大于加速度傳感器閾值時(shí)，胎壓傳感器自動(dòng)喚醒、進(jìn)入系統(tǒng)自檢，通過(guò)系統(tǒng)設(shè)置檢測(cè)時(shí)間周期，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)高速行駛時(shí)自動(dòng)檢測(cè)，對(duì)輪胎高壓、低壓、高溫進(jìn)行實(shí)時(shí)更新顯示，供駕駛者參考，可避免因輪胎故障引發(fā)的交通事故。

1.1 胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分類(lèi)

胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及直接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)兩種。兩者的區(qū)別在于胎壓監(jiān)測(cè)傳感器安裝方式及報(bào)警策略不同。

1.1.1 間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

胎壓傳感器外置，利用輪胎的轉(zhuǎn)速差判斷輪胎是否異常，通常利用外置式接收器對(duì)胎壓信息進(jìn)行接收及顯示。

1.1.2 直接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

胎壓傳感器安裝在輪胎內(nèi)部，中央接收器模塊作為整車(chē)部件安裝在車(chē)身上，通過(guò)CAN總線(xiàn)技術(shù)與整車(chē)儀表連接，胎壓信息通過(guò)汽車(chē)自身儀表或顯示屏進(jìn)行顯示。該文主要闡述直接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用及匹配方法。

1.2 直接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

直接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由胎壓監(jiān)測(cè)控制器、安裝在汽車(chē)輪胎內(nèi)部的壓力監(jiān)測(cè)模塊和集成在汽車(chē)儀表上的報(bào)警器3部分組成。

1.2.1 胎壓監(jiān)測(cè)控制器

TPMS控制模塊，自帶RF無(wú)線(xiàn)接收器，用于接收4個(gè)輪胎的氣壓數(shù)據(jù)并傳遞至報(bào)警器進(jìn)行顯示。

1.2.2 報(bào)警器

報(bào)警器由顯示屏和報(bào)警蜂鳴器等組成，用于顯示4個(gè)輪胎的氣壓數(shù)據(jù)。

1.2.3 壓力監(jiān)測(cè)模塊

由胎壓傳感器（由壓力傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器和后信號(hào)處理ASIC芯片）、MCU（8-16位單片機(jī)）、RF射頻發(fā)射器、電池、天線(xiàn)等組成，用于發(fā)送輪胎的壓力和溫度值等信號(hào)。如圖1所示。

圖1 壓力監(jiān)測(cè)模塊組成示意圖

1.3 直接式胎壓傳感器工作原理

胎壓傳感器安裝在每個(gè)輪轂上，它由壓力傳感器、溫度傳感器、加速度傳感器、MCU、射頻發(fā)射芯片、電池、LF低頻接收電路和天線(xiàn)組成，滿(mǎn)足觸發(fā)條件時(shí)，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎的氣壓和溫度，通過(guò)超高頻（433MHz）發(fā)送數(shù)據(jù)。傳感器可以接收125kHz的低頻喚醒信號(hào)，根據(jù)低頻喚醒信號(hào)或加速度傳感器信號(hào)，使發(fā)射器在睡眠模式和工作模式之間切換。胎壓控制器單獨(dú)或者集成到BCM里安裝在儀表臺(tái)內(nèi)，接收胎壓傳感器433MHz的高頻信號(hào)，把高頻信號(hào)解調(diào)后，將四輪胎壓和四輪的溫度信息以及判斷的低壓、高壓報(bào)警、高溫報(bào)警、傳感器電池電量低和傳感器丟失信息轉(zhuǎn)換為CAN總線(xiàn)信號(hào)發(fā)送給儀表，儀表根據(jù)CAN總線(xiàn)信息進(jìn)行對(duì)應(yīng)的顯示和報(bào)警[1]。

1.4 直接式胎壓傳感器匹配原理

每個(gè)胎壓傳感器都有1個(gè)專(zhuān)屬I(mǎi)D，整車(chē)出廠(chǎng)前，須將汽車(chē)4個(gè)輪胎內(nèi)置的傳感器ID及位置信息分別寫(xiě)入TPMS控制器中，以便系統(tǒng)準(zhǔn)確顯示各輪胎胎壓信息。在整車(chē)出廠(chǎng)前，工廠(chǎng)須對(duì)即將下線(xiàn)的車(chē)輛進(jìn)行胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)匹配，將安裝于4個(gè)車(chē)輛的胎壓傳感器的ID（身份信息）與所屬輪胎的位置信息進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，并把對(duì)應(yīng)關(guān)系寫(xiě)入胎壓監(jiān)測(cè)控制器。在使用過(guò)程中，當(dāng)任一輪胎的壓力值或溫度的變化超過(guò)報(bào)警值時(shí)，胎壓監(jiān)測(cè)控制器能準(zhǔn)確顯示故障信息，以便駕駛員及時(shí)察覺(jué)應(yīng)對(duì)，如圖2所示。

圖2 胎壓傳感器匹配原理示意圖

2 整車(chē)直接式胎壓傳感器匹配設(shè)備

2.1 胎壓傳感器匹配系統(tǒng)組成

胎壓傳感器匹配系統(tǒng)組成由工控機(jī)、胎壓傳感器觸發(fā)設(shè)備、輔助傳感器、軸距調(diào)整裝置、掃描儀等設(shè)備構(gòu)成。

2.1.1 工控機(jī)

采用PLC控制，可自動(dòng)完成檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集、顯示、輸出（傳送）并可將數(shù)據(jù)下載、查詢(xún)及保存；工控機(jī)具備含有各項(xiàng)測(cè)量、運(yùn)算、安全、標(biāo)定和故障診斷等功能的完整軟件。設(shè)備提供通信接口，保證檢測(cè)、調(diào)整結(jié)果可與工廠(chǎng)的控制中心聯(lián)網(wǎng)。

配備有線(xiàn)通信OBD插頭，用于與待匹配汽車(chē)進(jìn)行診斷和測(cè)試，所有車(chē)型通信接口為OBD接口。

配置電控柜及工業(yè)顯示器，配置相應(yīng)控制按鈕?？娠@示操作模式、故障診斷信息、測(cè)試步驟和動(dòng)作、設(shè)定值、測(cè)量值、標(biāo)定值等，有手動(dòng)、自動(dòng)和標(biāo)定3種操作模式。

2.1.2 軸距調(diào)整裝置

汽車(chē)在駛?cè)朐囼?yàn)臺(tái)之前進(jìn)行軸距自動(dòng)調(diào)整，滿(mǎn)足不同車(chē)型混合生產(chǎn)。維修保養(yǎng)時(shí)可手動(dòng)調(diào)整。蓋板上安裝一套不銹鋼米尺。軸距調(diào)整范圍滿(mǎn)足所屬企業(yè)生產(chǎn)車(chē)型軸距調(diào)整需求；軸距調(diào)整速度：100mm/s；軸距調(diào)整精度：±1mm。滾珠絲杠和直線(xiàn)導(dǎo)軌配置防塵罩，可有效防止灰塵、油污等雜質(zhì)進(jìn)入。安裝汽車(chē)在位識(shí)別傳感器（前、后軸各1套）：用于監(jiān)視汽車(chē)在試驗(yàn)臺(tái)的正確位置，并能通過(guò)顯示器提示操作者汽車(chē)試驗(yàn)臺(tái)左右方向上的位置。

2.1.3 條碼掃描器

由于車(chē)型、配置差異，存在多品牌胎壓傳感器混線(xiàn)匹配的情況，為應(yīng)對(duì)多車(chē)型對(duì)種類(lèi)胎壓傳感器匹配，現(xiàn)場(chǎng)需對(duì)車(chē)型進(jìn)行識(shí)別，正常工作時(shí)通過(guò)條碼閱讀器選擇車(chē)型，也可從EMS獲取車(chē)型信息。當(dāng)條碼掃描器故障時(shí)，可通過(guò)計(jì)算機(jī)鍵盤(pán)手動(dòng)輸入條碼，并顯示輸入條碼，以便操作者核對(duì)條碼。

2.1.4 胎壓傳感器射頻觸發(fā)器

在工位兩側(cè)對(duì)應(yīng)車(chē)輛輪胎位置安裝輪胎胎壓傳感器射頻觸發(fā)器（條件允許時(shí)可增加軸距調(diào)整裝置，滿(mǎn)足不同軸距車(chē)型匹配需求），射頻觸發(fā)器頻率應(yīng)根據(jù)所需匹配的輪胎配置的輪胎胎壓傳感器定制，充分考慮好4個(gè)射頻觸發(fā)器的觸發(fā)距離，由于不可以存在4個(gè)輪胎之間交叉觸發(fā)的情況，因此觸發(fā)范圍應(yīng)可調(diào)。用于發(fā)送低頻喚醒信號(hào)，喚醒胎壓傳感器。胎壓傳感器射頻觸發(fā)器采用125kHz的低頻信號(hào)對(duì)胎壓傳感器進(jìn)行激活。胎壓傳感器射頻觸發(fā)器多采用ASK的調(diào)制、解調(diào)方式。由于標(biāo)定狀態(tài)下車(chē)輪停放狀態(tài)不一致，胎壓傳感器射頻觸發(fā)器天線(xiàn)多采用環(huán)形布置，外形輪廓與車(chē)輛輪轂接近，與胎壓傳感器的距離一般在幾十厘米。

2.1.5 輔助傳感器

接收胎壓傳感器信息，并反饋至工控機(jī)。

2.1.6 胎壓檢測(cè)匹配的軟件

控制胎壓觸發(fā)設(shè)備及輔助傳感器運(yùn)行，用于觸發(fā)輪胎胎壓傳感器發(fā)射RF信號(hào)，輔助傳感器接收到RF信號(hào)。每個(gè)車(chē)輪的TPMS信息通過(guò)CAN報(bào)文形式完成數(shù)據(jù)傳遞。輔助傳感器通過(guò)解析報(bào)文中的胎壓傳感器ID來(lái)區(qū)分不同的車(chē)輪，匹配軟件對(duì)獲取的胎壓信息進(jìn)行存儲(chǔ)、分析等，并通過(guò)OBD口與整車(chē)連接，與胎壓控制器建立通信，將胎壓傳感器ID寫(xiě)入胎壓控制器。

2.2 胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)匹配流程

如圖3所示，胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)匹配流程如下：1）車(chē)輛自動(dòng)進(jìn)入胎壓傳感器檢測(cè)區(qū)域；2）掃描車(chē)輛VIN碼或配置碼；3）獲取車(chē)輛配置碼信息后，判斷車(chē)輛是否配置TPMS信息，如未配置TPMS，則不觸發(fā)TPMS檢測(cè)系統(tǒng)；4）如已配置TPMS，光電傳感器識(shí)別到車(chē)輪位置信息，則觸發(fā)檢測(cè)輪胎；5）工控機(jī)控制胎壓觸發(fā)器向左前輪胎壓傳感器射頻觸發(fā)器發(fā)出低頻喚醒信號(hào)，胎壓傳感器接收到低頻喚醒信號(hào)以后，觸發(fā)輪胎胎壓傳感器發(fā)射RF信號(hào)，輔助傳感器接收到RF信號(hào)，并將胎壓傳感器ID信息顯示在顯示器上；6）重復(fù)第5步驟，胎壓傳感器射頻觸發(fā)器依次將右前輪、右后輪、左后輪胎壓觸發(fā)，輔助傳感器接收對(duì)應(yīng)RF信號(hào)；7）當(dāng)被檢測(cè)車(chē)輛4個(gè)輪胎ID信息收集完畢后，輔助傳感器將胎壓信息傳輸給工控機(jī)，工控機(jī)通過(guò)OBD接口將輪胎胎壓傳感器ID寫(xiě)入TPMS中；8）系統(tǒng)收集胎壓傳感器ID和VIN后上傳服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，不需要人工操作啟動(dòng)流程；9）TPMS檢測(cè)系統(tǒng)根據(jù)車(chē)輛位置識(shí)別裝置依次獲取LF左前輪、RF右前輪、RR右后輪、LR左后輪輪胎傳感器信息，并進(jìn)行顯示，傳輸和保存；10）TPMS測(cè)試完成后，如測(cè)試成功，則進(jìn)入OBD模塊學(xué)習(xí)過(guò)程；否則只保存TPMS測(cè)試失敗的相關(guān)信息，并報(bào)警，如圖4所示。

圖3 總體工作流程示意圖

TPMS系統(tǒng)在線(xiàn)寫(xiě)入流程如圖4所示。

圖4 TPMS系統(tǒng)在線(xiàn)寫(xiě)入流程圖

3 返修設(shè)備

在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)返工情況時(shí)，需要對(duì)更換胎壓控制器或者輪胎的車(chē)輛重新進(jìn)行胎壓監(jiān)測(cè)匹配。受產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)負(fù)荷影響，返修車(chē)輛一般不再進(jìn)入流水線(xiàn)工位進(jìn)行重復(fù)過(guò)線(xiàn)，因此，常用方式為開(kāi)發(fā)一套簡(jiǎn)易手持胎壓標(biāo)定設(shè)備用于返修使用。如圖5所示。

圖5 TPMS系統(tǒng)FAI手動(dòng)備用設(shè)備流程圖

手持設(shè)備可通過(guò)掃碼和手動(dòng)輸入選擇車(chē)型，可清除車(chē)輛之前寫(xiě)入的胎壓傳感器ID，然后讀取胎壓傳感器ID，并將其通過(guò) OBD接口寫(xiě)入對(duì)應(yīng)車(chē)型的胎壓檢測(cè)控制器中。

手持設(shè)備標(biāo)定過(guò)程中讀取的胎壓傳感器ID和寫(xiě)入胎壓檢測(cè)控制器中的ID保持一致性和正確性。

手持設(shè)備可實(shí)現(xiàn)單輪或多個(gè)輪胎的獨(dú)立讀取ID和寫(xiě)入ID，操作切換簡(jiǎn)單方便。

手持設(shè)備在完成標(biāo)定后，須在顯示界面有提示并打印出相應(yīng)標(biāo)定結(jié)果單據(jù)。

由于返修工位不確定，無(wú)法提供固定電源，設(shè)備需配備電池，電池要求能夠連續(xù)工作6h以上，電池使用壽命 3 年以上，電池可更換，每套手持設(shè)備配一套充電器。

4 結(jié)論

隨著輪胎壓力傳感器的不斷運(yùn)用創(chuàng)新，輪胎壓力傳感器的匹配方式正在朝著自學(xué)習(xí)的方向發(fā)展。對(duì)產(chǎn)線(xiàn)匹配設(shè)備的更迭，應(yīng)緊跟產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行變更。胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為汽車(chē)安全駕駛輔助系統(tǒng)，能在輪胎出現(xiàn)高壓、低壓、高溫時(shí)報(bào)警，提醒車(chē)主注意行車(chē)安全。但是胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能解決爆胎或快速漏氣引起的方向失控問(wèn)題，其功能主要是輪胎氣壓異常時(shí)提示駕駛員，需要駕駛員主動(dòng)排除故障，該系統(tǒng)屬于被動(dòng)安全不能過(guò)分依賴(lài)。