整車直接式胎壓監測匹配原理及應用

李 鉦

（江鈴控股有限公司，江西 南昌 330200）

1 胎壓監測系統

胎壓監測系統（TPMS）是一種采用輪胎壓力傳感器對輪胎實際運行過程中的壓力和溫度進行實時自動監測，利用無線發射器將壓力信息以高頻無線電波（RF）發送到中央接收器模塊上并顯示數據的系統。

車輛的每個輪胎都安裝一套輪胎壓力傳感器，通過內置的加速度傳感器進行觸發，當車輛時速大于加速度傳感器閾值時，胎壓傳感器自動喚醒、進入系統自檢，通過系統設置檢測時間周期，實現汽車高速行駛時自動檢測，對輪胎高壓、低壓、高溫進行實時更新顯示，供駕駛者參考，可避免因輪胎故障引發的交通事故。

1.1 胎壓監測系統分類

胎壓監測系統分間接式胎壓監測系統及直接式胎壓監測系統兩種。兩者的區別在于胎壓監測傳感器安裝方式及報警策略不同。

1.1.1 間接式胎壓監測系統

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

1.1.2 直接式胎壓監測系統

胎壓傳感器安裝在輪胎內部，中央接收器模塊作為整車部件安裝在車身上，通過CAN總線技術與整車儀表連接，胎壓信息通過汽車自身儀表或顯示屏進行顯示。該文主要闡述直接式胎壓監測系統的應用及匹配方法。

1.2 直接式胎壓監測系統組成

直接式胎壓監測系統由胎壓監測控制器、安裝在汽車輪胎內部的壓力監測模塊和集成在汽車儀表上的報警器3部分組成。

1.2.1 胎壓監測控制器

TPMS控制模塊，自帶RF無線接收器，用于接收4個輪胎的氣壓數據并傳遞至報警器進行顯示。

1.2.2 報警器

報警器由顯示屏和報警蜂鳴器等組成，用于顯示4個輪胎的氣壓數據。

1.2.3 壓力監測模塊

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處理ASIC芯片）、MCU（8-16位單片機）、RF射頻發射器、電池、天線等組成，用于發送輪胎的壓力和溫度值等信號。如圖1所示。

圖1 壓力監測模塊組成示意圖

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、射頻發射芯片、電池、LF低頻接收電路和天線組成，滿足觸發條件時，能實時監測輪胎的氣壓和溫度，通過超高頻（433MHz）發送數據。傳感器可以接收125kHz的低頻喚醒信號，根據低頻喚醒信號或加速度傳感器信號，使發射器在睡眠模式和工作模式之間切換。胎壓控制器單獨或者集成到BCM里安裝在儀表臺內，接收胎壓傳感器433MHz的高頻信號，把高頻信號解調后，將四輪胎壓和四輪的溫度信息以及判斷的低壓、高壓報警、高溫報警、傳感器電池電量低和傳感器丟失信息轉換為CAN總線信號發送給儀表，儀表根據CAN總線信息進行對應的顯示和報警[1]。

1.4 直接式胎壓傳感器匹配原理

每個胎壓傳感器都有1個專屬ID，整車出廠前，須將汽車4個輪胎內置的傳感器ID及位置信息分別寫入TPMS控制器中，以便系統準確顯示各輪胎胎壓信息。在整車出廠前，工廠須對即將下線的車輛進行胎壓監測系統匹配，將安裝于4個車輛的胎壓傳感器的ID（身份信息）與所屬輪胎的位置信息進行一一對應，并把對應關系寫入胎壓監測控制器。在使用過程中，當任一輪胎的壓力值或溫度的變化超過報警值時，胎壓監測控制器能準確顯示故障信息，以便駕駛員及時察覺應對，如圖2所示。

圖2 胎壓傳感器匹配原理示意圖

2 整車直接式胎壓傳感器匹配設備

2.1 胎壓傳感器匹配系統組成

胎壓傳感器匹配系統組成由工控機、胎壓傳感器觸發設備、輔助傳感器、軸距調整裝置、掃描儀等設備構成。

2.1.1 工控機

采用PLC控制，可自動完成檢測數據的采集、顯示、輸出（傳送）并可將數據下載、查詢及保存；工控機具備含有各項測量、運算、安全、標定和故障診斷等功能的完整軟件。設備提供通信接口，保證檢測、調整結果可與工廠的控制中心聯網。

配備有線通信OBD插頭，用于與待匹配汽車進行診斷和測試，所有車型通信接口為OBD接口。

配置電控柜及工業顯示器，配置相應控制按鈕。可顯示操作模式、故障診斷信息、測試步驟和動作、設定值、測量值、標定值等，有手動、自動和標定3種操作模式。

2.1.2 軸距調整裝置

汽車在駛入試驗臺之前進行軸距自動調整，滿足不同車型混合生產。維修保養時可手動調整。蓋板上安裝一套不銹鋼米尺。軸距調整范圍滿足所屬企業生產車型軸距調整需求；軸距調整速度：100mm/s；軸距調整精度：±1mm。滾珠絲杠和直線導軌配置防塵罩，可有效防止灰塵、油污等雜質進入。安裝汽車在位識別傳感器（前、后軸各1套）：用于監視汽車在試驗臺的正確位置，并能通過顯示器提示操作者汽車試驗臺左右方向上的位置。

2.1.3 條碼掃描器

由于車型、配置差異，存在多品牌胎壓傳感器混線匹配的情況，為應對多車型對種類胎壓傳感器匹配，現場需對車型進行識別，正常工作時通過條碼閱讀器選擇車型，也可從EMS獲取車型信息。當條碼掃描器故障時，可通過計算機鍵盤手動輸入條碼，并顯示輸入條碼，以便操作者核對條碼。

2.1.4 胎壓傳感器射頻觸發器

在工位兩側對應車輛輪胎位置安裝輪胎胎壓傳感器射頻觸發器（條件允許時可增加軸距調整裝置，滿足不同軸距車型匹配需求），射頻觸發器頻率應根據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個射頻觸發器的觸發距離，由于不可以存在4個輪胎之間交叉觸發的情況，因此觸發范圍應可調。用于發送低頻喚醒信號，喚醒胎壓傳感器。胎壓傳感器射頻觸發器采用125kHz的低頻信號對胎壓傳感器進行激活。胎壓傳感器射頻觸發器多采用ASK的調制、解調方式。由于標定狀態下車輪停放狀態不一致，胎壓傳感器射頻觸發器天線多采用環形布置，外形輪廓與車輛輪轂接近，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。

2.1.6 胎壓檢測匹配的軟件

控制胎壓觸發設備及輔助傳感器運行，用于觸發輪胎胎壓傳感器發射RF信號，輔助傳感器接收到RF信號。每個車輪的TPMS信息通過CAN報文形式完成數據傳遞。輔助傳感器通過解析報文中的胎壓傳感器ID來區分不同的車輪，匹配軟件對獲取的胎壓信息進行存儲、分析等，并通過OBD口與整車連接，與胎壓控制器建立通信，將胎壓傳感器ID寫入胎壓控制器。

2.2 胎壓監測系統匹配流程

如圖3所示，胎壓監測系統匹配流程如下：1）車輛自動進入胎壓傳感器檢測區域；2）掃描車輛VIN碼或配置碼；3）獲取車輛配置碼信息后，判斷車輛是否配置TPMS信息，如未配置TPMS，則不觸發TPMS檢測系統；4）如已配置TPMS，光電傳感器識別到車輪位置信息，則觸發檢測輪胎；5）工控機控制胎壓觸發器向左前輪胎壓傳感器射頻觸發器發出低頻喚醒信號，胎壓傳感器接收到低頻喚醒信號以后，觸發輪胎胎壓傳感器發射RF信號，輔助傳感器接收到RF信號，并將胎壓傳感器ID信息顯示在顯示器上；6）重復第5步驟，胎壓傳感器射頻觸發器依次將右前輪、右后輪、左后輪胎壓觸發，輔助傳感器接收對應RF信號；7）當被檢測車輛4個輪胎ID信息收集完畢后，輔助傳感器將胎壓信息傳輸給工控機，工控機通過OBD接口將輪胎胎壓傳感器ID寫入TPMS中；8）系統收集胎壓傳感器ID和VIN后上傳服務器進行存儲，不需要人工操作啟動流程；9）TPMS檢測系統根據車輛位置識別裝置依次獲取LF左前輪、RF右前輪、RR右后輪、LR左后輪輪胎傳感器信息，并進行顯示，傳輸和保存；10）TPMS測試完成后，如測試成功，則進入OBD模塊學習過程；否則只保存TPMS測試失敗的相關信息，并報警，如圖4所示。

圖3 總體工作流程示意圖

TPMS系統在線寫入流程如圖4所示。

圖4 TPMS系統在線寫入流程圖

3 返修設備

在生產過程中出現返工情況時，需要對更換胎壓控制器或者輪胎的車輛重新進行胎壓監測匹配。受產線生產負荷影響，返修車輛一般不再進入流水線工位進行重復過線，因此，常用方式為開發一套簡易手持胎壓標定設備用于返修使用。如圖5所示。

圖5 TPMS系統FAI手動備用設備流程圖

手持設備可通過掃碼和手動輸入選擇車型，可清除車輛之前寫入的胎壓傳感器ID，然后讀取胎壓傳感器ID，并將其通過 OBD接口寫入對應車型的胎壓檢測控制器中。

手持設備標定過程中讀取的胎壓傳感器ID和寫入胎壓檢測控制器中的ID保持一致性和正確性。

手持設備可實現單輪或多個輪胎的獨立讀取ID和寫入ID，操作切換簡單方便。

手持設備在完成標定后，須在顯示界面有提示并打印出相應標定結果單據。

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

4 結論

隨著輪胎壓力傳感器的不斷運用創新，輪胎壓力傳感器的匹配方式正在朝著自學習的方向發展。對產線匹配設備的更迭，應緊跟產品發展趨勢進行變更。胎壓監測系統作為汽車安全駕駛輔助系統，能在輪胎出現高壓、低壓、高溫時報警，提醒車主注意行車安全。但是胎壓監測系統不能解決爆胎或快速漏氣引起的方向失控問題，其功能主要是輪胎氣壓異常時提示駕駛員，需要駕駛員主動排除故障，該系統屬于被動安全不能過分依賴。