車用輪胎壓力與溫度監測系統的研究

龔鈴，張正軒

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

車用輪胎壓力與溫度監測系統的研究

龔鈴，張正軒

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

汽車胎壓監視系統主要用于在汽車行駛時實時地對輪胎氣壓、溫度進行自動監測，對輪胎漏氣、氣壓異常、高溫進行報警。制動系統的性能與駕乘人員安全密切相關，因此制動氣壓的精準性是一個非常重要的問題。

胎壓監測系統；制動安全性

CLC NO.:U461.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-41-03

前言

汽車在高速行駛過程中，輪胎故障是殺傷力最大和難以預防的事故隱患，是交通事故發生的重要原因之一。在中國46%的高速公路交通事故是由輪胎故障引起的，這其中爆胎一項就占總數的70%。試驗證明，80%的輪胎爆胎是有預兆的，至少在爆胎前一個小時，輪胎的胎內壓力和溫度會出現異常。這為實現輪胎爆胎預警提供了技術上的支持。因此TPMS汽車輪胎智能監測系統作為汽車三大安全系統之一，與汽車安全氣囊、防抱死制動（ABS）系統一起被大眾認可并受到重視。

1、法規研究

在美國，由于1990年的FIRESTONE輪胎召回事件（爆胎翻滾造成100多人死亡），TREAD法案強制安裝TPMS系統；NHTSA（美國高速公路安全管理局）在2005年4月頒布法案，要求自2007年9月1日起，在美國銷售的4.5噸以下的輕型機動車需要配置TPMS。

在歐盟，2009年3月歐盟的ECR-64法案，要求在2012年11月，所有在歐盟核準的新車型均要具備任意一個輪胎氣壓低于推薦值20%時，在10分鐘內要報警。

在亞洲，韓國要求2012年1月起所有新車型必須加裝，2014年6月起所有已注冊車型必須加裝；中國2011年1月頒布TPMS相關標準GB/T 26149-2010。

2、監測系統的組成

監測系統由胎壓監測模塊、接收器模塊和現實模塊組成。監測模塊安裝在輪胎內部或車輪表面、測量車輛輪胎壓力參數并進行信息傳輸；接收模塊用于接收胎壓監測模塊發來的信息并向現實模塊發送信號；顯示模塊用于顯示報警指示圖

形符號、文字或數值等信息的裝置。需要指出的是，商用車車體較長，尤其是半掛牽引車，如果監測模塊采用RF射頻進行信號的發送，需要在掛車底盤加裝一個中繼器，將掛車輪胎上的信號進行接收、放大并傳輸給接收器。如圖1。

中繼器接收實線框中的監測模塊的溫度壓力值，接收器接收虛線框中的監測模塊的溫度壓力值，中繼器將信號放大傳輸給接收器。

3、監測模塊和接收模塊原理

3.1 監測模塊工作原理

監測模塊由內置電池提供電源，傳感器監測輪胎內部的加速度、溫度、壓力值，同時帶有LF接收器，接收LF激勵信號，通過天線將傳感器信息以射頻信號發送出去。

3.2 接收模塊工作原理

接收模塊利用內置的RF接收器接收到溫度壓力等信息，通過微處理器將溫度壓力值打包，用報文的方式發送到總線上，車載顯示屏或儀表接收報文信息顯示相應值。

4、TPMS系統軟硬件設計

4.1 硬件設計

以商用車為例：監測模塊采用英飛凌SP37T，集成測試環境氣壓的壓力傳感器，Z軸及速度傳感器，溫度和電源電壓傳感器，擁有16K Byte ROM和256 Byte RAM，集成434MHz射頻發射和125KHz低頻接收。

接收模塊采用英飛凌TDA5210，擁有400-440MHz和810-870MHz的可選載波范圍，兼容FSK和ASK解調方式，FSK接收靈敏度小于-100dBm，ASK接收靈敏度小于-107dBm，集成VCO和PLL。

4.2 軟件設計

1）TPMS接收模塊的軟件控制策略及通信協議：在TPMS接收機內部調整結束之后，就可以實現輪胎的辨別與通信處理，輪胎位置自動識別的實現，主要是TPMS接收機利用低頻觸發器的作用，把低頻無線信號放大處理，以保證輪胎的ID信息和氣壓數據得以處理返回，保證TPMS接收機對輪胎的參數和位置實施處理。網絡通信主要有網絡管理幀、數據處理、故障診斷。

2）監測模塊的軟件控制策略及通信協議：對于無線傳感器而言，軟件控制常涉及到初始化、中斷喚醒、參數測試、數據解調等。處于運行中的無線傳感器功能優越，不僅能對氣壓、溫度實施檢測，還能處理相關的數據信息，若感應到數據中氣壓值或相關參數存在異常情況，則會給出對應的報警信號，并利用無線途徑對報警信息及時處理，此后才進入睡眠狀態。

由于監測模塊發車的射頻信號容易受到干擾，解調后的數字信號會出現毛刺，如圖4，普通的電平或沿跳變判斷算法無法過濾毛刺，導致數據解析錯誤。采用定點采樣解碼算法來規避干擾：定點采樣算法依據解調后的數字信號特征，設計采樣點及采樣間隔，如圖5，通過對采樣點進行濾波處理，正確解析數字信號。

5、TPMS系統在輪胎防盜中的設計探討

國標GB/T 26149-2010 在4.2.4條中規定TPMS應具有故障報警功能，系統運行后，當系統本身出現故障時應在10min內發出故障報警信號。當停車時，若輪胎被盜，接收模塊就接收不到監測模塊的溫度壓力信號，即認為輪胎被盜。考慮到10分鐘的時間可以滿足盜竊者卸下輪胎螺母成功盜走輪胎，可將故障報警時間縮短到5分鐘。默認接收模塊3次未收到溫度壓力信號即報警，這就要求接收模塊工作時間增加，監測模塊的發射周期、接收模塊平均功耗和監測模塊壽命存在以下關系：

表1

可見，平均功耗和監測模塊壽命成反比關系，在實際應用中，要充分結合車輛實際情況設計合理的報警時間。

6、結束語

本文闡述了車用輪胎壓力與溫度監測系統衍生的背景，工作原理及方法，運用合理的軟硬件設計實現在車輛上的運用，實時監控制動氣壓和溫度，保證制動性能，為駕乘人員提供了安全保障。

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圖8 是支架優化后緩加速工況下車內噪聲測試聲壓曲線。從圖8與改進前圖2相比中8可以看出，改進后此工況下車內聲壓級在3860轉速范圍內無峰值，且車內聲壓級減少4 dB（A） 左右。

5、結論

通過有限元軟件，結合試驗測試對某汽車動力總成懸置支架進行了結構優化。動力總成懸置系統NVH性能道路試驗結果表明，全油門緩加速工況，優化后懸置支架在頻率260Hz左右處的共振帶有明顯改善，車內聲壓級在3860轉速范圍內無峰值，且減少4 dB（A） 左右，整車在此工況下260Hz左右的振動和車內噪聲明顯改善。優化結構與試驗結果的對比分析表明, 本文建立的懸置支架優化設計方法對懸置支架的設計分析是有效的。

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Automobile Tire pressure and temperature Monitoring Research

Gong Ling, Zhang Zhengxuan
（Shaanxi Heavy Duty Aotomobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200）

Automobile tire pressure and temperature monitoring system is mainly used in real time automatic monitoring the vehicle tire pressure and temperature. Also warning when the tire is leaking、pressure abnormal、high temperature.The performance of the brake system is closed related to driving safety，so the brake pressure accuracy is an important problem.

TPMS；Brake systems security

U461.3

A

1671-7988(2014)07-41-03

龔鈴，就職于陜西重型汽車有限公司。