汽車胎壓檢測影響因素及檢測方法優(yōu)化

余小磊

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330000）

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，人們對車輛駕駛的舒 適性和安全性要求越來越高，而胎壓的信息則是其中大部分顧客都比較關(guān)注的一個重要信息。當(dāng)胎壓過高時，會減小輪胎與地面的接觸面積，此時輪胎所承受的壓力相對提高，除了影響抓地力以外，行駛的穩(wěn)定性和乘坐舒適性也會降低。特別是當(dāng)車輛經(jīng)過顛簸路面時，輪胎內(nèi)沒有足夠空間吸收震動，會加大對懸掛系統(tǒng)的沖擊力度。同時，在高溫時爆胎的隱患也會相應(yīng)增加，而胎壓過低會使輪胎磨損不均勻，增加輪胎的滾動阻力，使車輛的油耗升高，并且由于輪胎偏軟，在高速行駛時輪胎反復(fù)擠壓變形，產(chǎn)生大量的熱，更易發(fā)生爆胎。不僅如此，輪胎的壽命還會大打折扣。由此可見，準(zhǔn)確的胎壓信息是判斷車輛行駛狀態(tài)的一個重要依據(jù)，本文將深入探討影響車輛出廠前胎壓信息錄入的影響因素及優(yōu)化措施。

1 車輛胎壓信息檢測過程

當(dāng)車輛進入裝胎工位后，操作工掃描跟車單上的車輛識別代碼（Vehicle Identity Number, VIN）號和SAP（配置代碼）號，將車輛信息錄入胎壓檢測系統(tǒng)，與此同時，制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System, MES）也將該車輛配置代碼信息發(fā)送給系統(tǒng)，兩邊信息核對無誤后車輛進入檢測隊列（檢測隊列的車輛數(shù)為裝胎工位到胎壓檢測工位之間的車數(shù)）。車輛前進至胎壓檢測設(shè)備（如圖1所示）范圍，光電傳感器檢測輪胎位置到位后，設(shè)備通過低頻天線發(fā)射低頻激勵信號，輪胎內(nèi)的胎壓傳感器接收到信號后自動向系統(tǒng)反饋被檢測輪胎的ID、溫度和胎壓信息，系統(tǒng)通過高頻天線采集這些信息，并將信息上傳至車輛設(shè)置和測試系統(tǒng)（Vehicle Configuration And Test System, VCATS）服務(wù)器，完成胎壓檢測過程，四輪的檢測順序為右前、左前、右后、左后，該順序可根據(jù)生產(chǎn)線的板鏈移動方向、速度、現(xiàn)場工位布置自行調(diào)節(jié)。

圖1 胎壓檢測設(shè)備

根據(jù)流程圖以及胎壓檢測的原理，大致將胎壓檢測全過程分為三個模塊：人員操作過程、檢測規(guī)則的制定、胎壓檢測系統(tǒng)自動檢測胎壓過程，并結(jié)合實際，從這三個模塊中尋找影響因素及優(yōu)化的機會。

2 車輛胎壓信息檢測影響因子的分析及優(yōu)化措施的制定

2.1 員工操作過程

2.1.1 員工作業(yè)順序

這里特指掃描跟車單錄入車輛信息至胎壓檢測系統(tǒng)的員工，該員工的主要作業(yè)內(nèi)容有輪胎的裝配以及信息的錄入。生產(chǎn)線為了確保員工不會遺漏掃描跟車單上傳車輛信息，設(shè)置了車輛互鎖[1]：當(dāng)隊列的第一臺車檢測完畢后，未接到隊列末車輛上傳的信息，即判定序列狀態(tài)有誤，生產(chǎn)線自動停線，等待車輛信息的錄入。這兩個步驟的作業(yè)順序?qū)ν＞€互鎖產(chǎn)生影響，停線互鎖可能會對胎壓的檢測有影響。為了證明員工的作業(yè)順序會影響胎壓的檢測，首先需要證明停線互鎖對胎壓檢測有影響，為此制作了如下數(shù)據(jù)分析的實驗：

實驗名稱：員工操作（激活停線互鎖）與胎壓檢測失敗的相關(guān)性。

試驗?zāi)康模捍_定停線互鎖激活對胎壓檢測是否有顯著差異[2]。

步驟1：假設(shè)停線互鎖激活不影響胎壓檢測，p1表示沒有激活停線互鎖，p2表示激活了停線互鎖：

式（1）中，H0表示原假設(shè)，假設(shè)停線互鎖激活不影響胎壓檢測；Ha表示非原假設(shè)，即停線互鎖激活會影響胎壓檢測，α表示操作誤差，β表示檢驗誤差。

步驟2：確定樣本量（兩個月數(shù)據(jù)），收集數(shù)據(jù)。

步驟3：執(zhí)行假設(shè)檢驗。

步驟4：統(tǒng)計結(jié)論。

步驟5：得出實際結(jié)論。

通過收集的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)放到MINITAB軟件中做雙比率分析，如圖2所示。

圖2 停線互鎖假設(shè)檢驗效果運行圖

結(jié)論：停線互鎖激活與否對Y3的影響存在顯著差異，員工操作激活停線互鎖會導(dǎo)致胎壓檢測失敗故障率更高。

2.1.2 員工作業(yè)順序?qū)ν＞€互鎖的影響

為了驗證員工這兩步操作的順序?qū)ν＞€互鎖的影響，做了如下數(shù)據(jù)收集：

A班員工掃完底盤號再預(yù)緊輪胎，停線互鎖沒有激活，B班員工預(yù)緊輪胎后再掃底盤號，62%的車輛會激活停線互鎖。

結(jié)論：先預(yù)緊輪胎再掃碼操作會有很大概率激活停線互鎖，從而導(dǎo)致胎壓檢測失敗，但先掃碼再預(yù)緊輪胎，正常情況下不會激活停線互鎖。

優(yōu)化建議：依照上述結(jié)論固化員工操作順序，員工將輪胎掛到輪轂上后，先掃碼，再預(yù)緊和打緊輪胎螺母。

2.1.3 人機交互界面不明顯

現(xiàn)場確認(rèn)設(shè)備顯示背對操作工位，并且距離工位10余米，中間隔著輪胎裝配設(shè)備，不利于員工及時檢查輪胎檢測情況。并且操作界面中，胎壓檢測通過和未通過，界面未作明顯區(qū)分，不利于員工判斷。

優(yōu)化建議：（1）利用現(xiàn)場備用顯示屏和分屏線，將胎壓檢測主機上的顯示界面轉(zhuǎn)移到工位邊，并增加指示燈，OK亮綠燈，NG則亮紅燈；（2）優(yōu)化顯示界面，使胎壓檢測失敗后的界面呈藍(lán)色，與正常界面不一致，方便員工更直觀查看。

為了驗證措施的有效性，收集了N35X線措施前后各一個月的數(shù)據(jù)作對比，改善前胎壓檢測失敗故障率為8.5%，改善后為5.5%，故障率降低了35.3%。

2.2 胎壓檢測規(guī)則制定

2.2.1 員工錄入信息與MES導(dǎo)入的信息

員工操作指導(dǎo)書中要求員工只需掃描車輛VIN號，錄入系統(tǒng)，然后配置信息的輸入來源于MES系統(tǒng)[3]，由于這種識別規(guī)則導(dǎo)致胎壓檢測設(shè)備只能被動地接收從輪胎綁定設(shè)備發(fā)來的底盤號，再結(jié)合MES發(fā)過來的底盤號和SAP信息，確定完整的車型信息，但MES系統(tǒng)過于復(fù)雜龐大，會偶發(fā)性地出現(xiàn)一些車輛底盤號亂碼的情況（如圖5所示），系統(tǒng)接收不到準(zhǔn)確信息，導(dǎo)致胎壓檢測失敗，現(xiàn)場跟蹤一周，共計1 627臺車，跟蹤到18臺車輛存在MES系統(tǒng)導(dǎo)入亂碼問題，C/1000為8.89。

改進措施：（1）操作工增加SAP號的掃碼要求，無需MES傳送的SAP信息，并將該要求固化進員工操作指導(dǎo)書；（2）掃描的底盤號和SAP號實時顯示在設(shè)備屏幕上。

2.2.2 互鎖時間制定不合理

現(xiàn)有的互鎖規(guī)則為在胎壓檢測隊列的第一臺車子，左后輪（最后一個檢測的輪胎）觸發(fā)光電傳感器前，系統(tǒng)即判定該車即將完成檢測，若此時未接收到系統(tǒng)錄入的隊列最后一臺車輛的信息，則會觸發(fā)互鎖。但在該規(guī)則下，若由于一些意外情況導(dǎo)致隊列觸發(fā)互鎖，生產(chǎn)線停線，在整個互鎖的時間范圍內(nèi)，左后輪都處于靜止?fàn)顟B(tài)，可能互鎖時間越長，左后輪靜止時間越長，左后輪胎壓檢測失敗的概率就越大。前文已經(jīng)通過實驗驗證了停線互鎖會對檢測失敗有影響，為了探究互鎖時間的長短對胎壓檢測的影響，做了如下實驗：

實驗名稱：左后輪檢測失敗與左后輪停線互鎖時間的相關(guān)性。

試驗?zāi)康模和ㄟ^修改軟件改變停線互鎖的時間點，將停線互鎖時間點由左后輪檢測前調(diào)整到左后輪檢測結(jié)束，縮短左后輪停線互鎖的時間，探究是否影響左后輪檢測成功率。

步驟1：假定設(shè)備設(shè)定的互鎖時間點不影響胎壓檢測，p1表示未變更互鎖時間點，p2表示調(diào)整了設(shè)備的互鎖時間點：

式（2）中，H0表示原假設(shè)，假設(shè)設(shè)備設(shè)定的互鎖時間點不影響胎壓檢測；Ha表示非原假設(shè)，即互鎖時間點會影響胎壓檢測，α表示操作誤差，β表示檢驗誤差。

步驟2：確定樣本量（兩個月數(shù)據(jù)），收集數(shù)據(jù)。

步驟3：執(zhí)行假設(shè)檢驗。

步驟4：統(tǒng)計結(jié)論。

步驟5：得出實際結(jié)論。

通過收集的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)放到MINITAB軟件中做雙比率分析，如圖3所示。

圖3 互鎖時間調(diào)整假設(shè)檢驗效果運行圖

實際結(jié)論：改變前，停線互鎖時間長，左后輪檢測失敗的故障率顯著增加；改變后，停線互鎖時間短，故障率顯著降低。

優(yōu)化措施：更改系統(tǒng)軟件，將互鎖判斷時間設(shè)定為當(dāng)左后輪完整通過胎壓檢測區(qū)后，若未接到隊列最后一臺車信息的錄入，即觸發(fā)停線互鎖，生產(chǎn)線停線，并要求設(shè)備人員將該規(guī)則加入設(shè)備每日巡檢清單。

2.2.3 新車型易誤識別

小藍(lán)工廠是一個很典型的混線生產(chǎn)工廠，同一條線多種車型同時在生產(chǎn)，而且近幾年，汽車市場更新?lián)Q代的速度加快，導(dǎo)致新品車型增多，汽車的普及率增加帶來顧客的個性化需求增多，導(dǎo)致特殊車輛操作（Special Vehicle Order, SVO）[5]車型增多。這兩個因素都會導(dǎo)致胎壓系統(tǒng)需識別的車型增多，若新品團隊和SVO團隊未能提前識別，并輸入給車間設(shè)備人員，就會導(dǎo)致設(shè)備中的配置文件與公司發(fā)布的《SAP系統(tǒng)域虎系列車輛配置碼編制規(guī)則》[4]不重合，帶來的故障有：（1）在新增SAP號識別時，容易缺失之前的規(guī)則；（2）不同車型間有重疊，導(dǎo)致一些無效的檢測，干擾操作工判斷。

改善措施：將現(xiàn)有車型細(xì)分，區(qū)分不同車型，區(qū)分胎壓配置，并制作成識別清單，由車間電器工程師管理，清單同步發(fā)送給工廠SVO團隊和新品團隊，要求新品或SVO車型上線前提前核對清單，確認(rèn)是否有胎壓識別的變動，提前識別變異點并管理。

為了驗證措施的有效性，收集了N35X線措施前后各一個月的數(shù)據(jù)作對比（數(shù)據(jù)收集時間在員工操作改善措施執(zhí)行以后，避免兩個措施相互干擾），改善前故障率為5.1%，改善后故障率為2.8%。故障率下降了45.1%。

2.3 設(shè)備自動檢測胎壓過程

光電傳感器安裝在低頻天線板上（如圖4所示），其原理是感應(yīng)到輪胎的輪輞后會給低頻天線發(fā)出指令，令低頻天線發(fā)出激勵信號給輪胎內(nèi)的胎壓傳感器。由于整車上的輪子角度此時是隨機的，胎壓傳感器位置也隨之隨機，有可能落在輪胎最后端，因此，若當(dāng)車輪未完整進入低頻天線板的范圍時，則有可能會出現(xiàn)激勵信號未及時發(fā)送給胎壓傳感器，導(dǎo)致信號異常，檢測失敗。因此，胎壓傳感器位置就非常重要。小組根據(jù)此原理設(shè)計出一組推導(dǎo)光電傳感器在低頻天線板上安裝位置范圍的公式。

圖4 低頻天線板與光電傳感器

首先定義垂直方向為Y，向上方向為正，水平方向為X，車身前進方向為正向，輪胎直徑為D，低頻天線板相對輪胎的安裝高度為H，板鏈移動速度為V，胎壓檢測所需時間為T，低頻天線板長度為L。

Y向位置范圍：-H≤Y≤D；

X向位置范圍：D≤X≤L-VT。

以小藍(lán)工廠N35X線為例，低頻天線板尺寸為1 380 mm×1 055 mm，相對輪胎安裝高度H為0，N35X線生產(chǎn)車型輪胎在R16-R20之間，查看尺寸表D的范圍在642.9 mm～744.5 mm，取最大值D=744.5，JPH（Jobs Per Hour）設(shè)定為20，板鏈長度為L=6 m，計算得出V=33.3 mm/s，胎壓檢測所需時間為T=16 s（根據(jù)系統(tǒng)特性得出），根據(jù)公式可得出小藍(lán)工廠N35X線胎壓檢測系統(tǒng)中，光電傳感器在低頻天線板上安裝的位置范圍為

Y向位置范圍：0≤Y≤744.5；

X向位置范圍：744.5≤X≤1380-33.3×16=847。

計算出光電傳感器位置范圍后，需要進一步確認(rèn)傳感器位置在合格范圍內(nèi)，在哪個區(qū)間的合格率最高，可以用MINITAB中的回歸方程計算[7]，同樣以小藍(lán)工廠N35X線為例，過程如下：首先在700～740、750～800、850～900三個區(qū)間各隨機取2個點，每個點收集一周數(shù)據(jù)，統(tǒng)計合格率，將數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，采用回歸方程分析，通過回歸方程在MINITAB軟件中生成的擬合圖[6]確定最佳位置點，如圖5所示。結(jié)論：P＜0.05，輪胎到位傳感器水平位置是關(guān)鍵因子，當(dāng)X向位置在790 mm～800 mm，合格率最高。

圖5 回歸方程擬合線圖

同理可得出，輪胎到位傳感器垂直位置是關(guān)鍵因子，當(dāng)Y向位置在460 mm～470 mm時，合格率最高。

優(yōu)化措施：根據(jù)計算方法，將光電傳感器調(diào)整至最佳位置。

為了驗證措施的有效性，收集了N35X線措施前后各一個月的數(shù)據(jù)作對比（數(shù)據(jù)收集時間在系統(tǒng)規(guī)則調(diào)整改善措施執(zhí)行以后，避免兩個措施相互干擾），改善前故障率為2.8%，改善后故障率為1.0%，故障率下降了64.3%。

3 總結(jié)

根據(jù)軟件輸出的擬合線圖及殘差圖[6]可得出

根據(jù)小組的深入分析，影響生產(chǎn)線胎壓檢測的因子以及根據(jù)因子制定的改善措施如表1所示。

表1 平衡機各項參數(shù)的影響因素

本文從現(xiàn)場工人操作、檢測系統(tǒng)規(guī)則、自動檢測過程三個方面分析了胎壓檢測過程，對過程中的主要影響因子進行深度剖析，并制定了相應(yīng)的改善措施。首先，員工操作方面，現(xiàn)場工藝要規(guī)劃好前后道工序的順序，避免由于不合理的操作順序?qū)е萝囕v信號的誤觸發(fā)；其次，檢測規(guī)則需要根據(jù)現(xiàn)場鏈速、工位排布來制定；最后，胎壓傳感器位置至關(guān)重要要，傳感器放置的位置一定要契合生產(chǎn)線所有生產(chǎn)車型的外形尺寸、軸距，并且與檢測規(guī)則相互配合，才能準(zhǔn)確無誤地讀取到胎壓信號。