一種符合國標要求的乘用車胎壓監測系統設計

李寬　李雨龍

【摘? 要】作為汽車重要的組成部分，輪胎性能主要考量的因素是輪胎的氣壓，輪胎的氣壓會影響輪胎的使用性能并且降低其使用壽命，最終影響到行車安全。隨著市場和技術的發展，胎壓監測系統已經成為強制性國標要求，所有M1類車輛必須裝備有符合國標的胎壓監測系統。本文從國標要求出發，介紹一種符合國標要求的乘用車胎壓系統設計，為主機廠提供參考。

【關鍵詞】胎壓；國標；胎壓報警

中圖分類號：U463.341? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）08-0059-02

Design of a Tire Pressure Monitoring System for Passenger Vehicles Meeting

the Requirements of the National Standard

LI Kuan，LI Yu-long

（Development Department，FAW Bestune Car Co.，Ltd.，Changchun 130012，China）

【Abstract】As an important part of the automobile，the main factor to consider the tire performance is the tire pressure，which will affect the tire performance and reduce its service life，and ultimately affect the driving safety. With the development of market and technology，the tire pressure monitoring system has become a mandatory national standard requirement. All M1 vehicles must be equipped with a tire pressure monitoring system that conforms to the national standard. This paper introduces the design of a passenger vehicle tire pressure system that meets the requirements of the national standard and provides a reference for the OEMs.

【Key words】tire pressure；national standard；tire pressure alarm

輪胎作為汽車重要的部件之一，不僅關系到汽車的操控性能，更關乎駕乘人員的生命安全。輪胎故障是交通事故發生的重要原因之一，特別是在高速、高溫和重載的情況下，輪胎的胎壓穩定性對于車輛安全至關重要。

隨著經濟和技術的發展，越來越多的車輛配置了胎壓監測系統，來避免行車胎壓問題。相應的胎壓國家標準也從推薦性標準變為強制性標準。

各整車廠也隨之開發和配置符合國標要求的胎壓監測系統，來滿足用戶需求，提高行車安全性。

1? 國標要求分析

汽車胎壓系統需要遵循國標GB 26149《乘用車輪胎氣壓監測系統的性能要求和試驗方法》。歷史沿革有2010和2017兩種版本，最新應該遵循GB 26149—2017版本要求：自2019年1月1日起，中國市場所有新認證乘用車必須安裝胎壓監測；自2020年1月1日起，所有在產乘用車開始實施強制安裝。

對比2010和2017兩種版本，由原來的推薦性國家標準變為強制性國家標準；適用范圍由原來的M和N類車輛變為適用于M1類車輛；由于是強制性標準，2017版本只規定了與安全相關的欠壓報警、故障報警和開機檢查信號裝置等核心功能要求和試驗方法；并增加了輪胎氣壓監測系統的分類。

2? 胎壓系統介紹

輪胎氣壓監測系統（Tire Pressure Monitoring Systems）TPMS是安裝在車輛上能實時監測輪胎氣壓參數，并以視覺信號（也可包括聽覺信號）進行顯示和報警，以提高汽車行駛安全性，并減少因氣壓不足或過高造成輪胎加速磨損和車輛能耗增加的輔助系統。

2.1? Ⅰ類輪胎氣壓監測系統

一般認為Ⅰ類輪胎氣壓檢測系統為直接式胎壓監測系統。直接式胎壓監測主要由胎壓傳感器、報警控制器和報警顯示單元構成，是利用安裝在每一個輪胎里的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，使用無線發射原理將壓力信息從輪胎內部發送到控制器模塊上，然后對各輪胎氣壓數據進行顯示和分析，并對異常進行報警。

直接式胎壓系統優點是響應快、直觀準確，可以直接顯示胎壓具體數值，缺點是成本較高。

2.2? Ⅱ類輪胎氣壓監測系統

一般認為Ⅱ類輪胎氣壓檢測系統為間接式胎壓監測系統。間接式胎壓監測系統是通過ABS/ESC系統的輪速傳感器信號和側向加速傳感器信號來比較和分析輪胎之間的轉速差別。當輪胎壓力降低時，車輛的質量會使輪胎直徑變小，通過這種變化來觸發欠壓報警。

間接式胎壓系統的優點是成本低，但是缺點也很明顯，無法確定故障輪胎位置，反應慢，報警不及時；系統標定復雜，在某些特殊地形時，容易出現誤報；在一些特定情況下，系統還會出現無法正常工作的情況，例如，當同一軸的2個輪胎的氣壓同步較低時，就不會報警。

由于Ⅰ類輪胎氣壓監測系統響應快速，性能更優秀，本文以I類為例進行系統設計分析。

3? 輪胎氣壓監測系統功能設計

1）開機自檢功能主要是檢查報警信號顯示裝置的可用性。當車輛點火開關ON（RUN）狀態時，需要點亮報警燈以檢查報警燈是否工作正常；檢查完畢后，報警燈應該熄滅。

2）欠壓（under inflation）是指輪胎氣壓小于或等于車輛推薦輪胎氣壓（Prec）的75%。I類TPMS系統需要在欠壓發生的10s內發出光學報警信號，并指示出欠壓輪胎的具體位置。

3）TPMS系統需要具備基本的故障檢測功能，并在發生故障的10min內點亮故障報警信號。故障包含胎壓傳感器電池無電或電量低，車輛安裝了與TPMS系統不兼容的輪胎，胎壓傳感器信號丟失，接收到的壓力值錯誤等。

4? 輪胎氣壓監測系統設計

I類輪胎氣壓監測系統主要由胎壓監測模塊、報警控制器和報警顯示單元構成。

4.1? 胎壓傳感器

胎壓傳感器安裝在汽車輪胎上，能夠準確測量輪胎內部的壓力，傳感器通過無線形式按照一定的規律向報警控制器發送預處理的報警信息和輪胎的壓力值。如圖1所示。

胎壓傳感器需具備如下能力。

胎壓傳感器隨時監控輪胎氣壓狀況，并對所監控的數據進行預處理，可識別胎壓是否處于欠壓狀態。

胎壓傳感器內部應該有加速度傳感器，可識別輪胎旋轉加速度，能夠識別出車輛處于運行狀態還是低速或停止狀態。

胎壓傳感器具備無線發射模塊，能夠以433Hz頻率發送胎壓信息，為節省胎壓傳感器電池能源，無線發射模塊設計了報警模式、正常模式、紅燈模式和休眠模式。

1）報警模式：當胎壓傳感器監測到輪胎欠壓，進入報警模式，以1s為周期發送報警信息，持續1min。在1min后，恢復到正常模式。當輪胎胎壓變化較大（通常取胎壓變化大于30kPa），為更新胎壓值，也需要進入報警模式。

2）正常模式：加速度傳感器識別到車輛正常高速行駛，且監控的輪胎氣壓非欠壓狀態，胎壓信息以180s的周期發送。

3）紅燈模式：加速度傳感器識別到車輛低速行駛或停止，且監控的輪胎氣壓非欠壓狀態，此時進入紅燈模式，胎壓信息以180s的周期發送，保持10min后進入休眠狀態。

4）休眠模式：休眠模式下，無線發射模塊不工作，降低電能消耗。當收到低頻觸發命令時，比如車輛在產線使用觸發工具觸發和匹配的情況下，才會立即發送1包數據。

4.2? 報警控制器

為降低成本在實際實現過程中報警控制器功能通常由車身控制單元（BCM）完成。通過無線方式接收胎壓和胎壓報警信息，并對信息進行判斷處理，并通過總線發送報警和胎壓信息給報警顯示單元顯示。報警控制器需要具備如下能力。

1）報警信息處理：由于車輛高速行駛且道路坑洼情況不同，胎壓傳感器有誤進入報警模式的情況。為避免誤報警，報警控制器需要對報警信息進行處理。通常原則為連續5幀的胎壓值持續小于等于標準輪胎氣壓值的75%+7kPa，則判定欠壓報警。如果再次收到該輪胎有3幀胎壓值大于標準輪胎氣壓值的75%+7kPa，則停止報警。

2）系統故障判斷：當報警控制器接收到的壓力值錯誤；車輛運行狀態下長時間傳感器信號丟失；收到任一傳感器電池電量低；任一傳感器未學習等問題時，報警控制器需要發出系統故障信息給報警顯示單元進行故障顯示。

3）胎壓記憶功能：為節省胎壓傳感器電池電能，胎壓傳感器會進入休眠模式，不會發送胎壓信息，此時需要使用報警控制器記錄的胎壓值進行顯示。系統運行狀態下，接到胎壓信息后，需記錄并更新當前每個輪胎的氣壓值。當未接到胎壓信息更新時，調用最后一次記錄的輪胎數據作為缺省值顯示。

4.3? 報警顯示單元

報警顯示單元通過總線接收報警控制單元的信息，負責對胎壓值和報警信息的顯示。通常顯示功能集成在汽車儀表里。對于I類TPMS系統，不僅需要顯示報警信息，而且還需要顯示報警輪胎具體位置。顯示方式如圖2、圖3所示。

5? 減少電能消耗設計

胎壓傳感器設計壽命一般要求為≥8年或10萬公里，以車輛每天行駛4h，每月行駛30天計算。

以英飛凌SP40+胎壓傳感器芯片為例，其射頻發射電流=7mA，靜態電流=0.7μA，可見傳感器主要能源消耗在發射過程。

為減少發射電能消耗，一般無線發射采用FSK調制方式，9.6kb/s，每包6幀，正常工作情況下180s發射一次。

6? 結束語

本文設計了一種符合國標要求的乘用車胎壓監測系統，主要講解了從推薦性國標到強制性國標的變化內容。設計滿足強制性國標最低要求的胎壓系統功能，設計了由胎壓傳感器、報警控制器、報警顯示單元構成的胎壓監測系統，并對如何提高胎壓傳感器系統設計壽命進行了討論。

參考文獻：

[1] GB 26149—2010，乘用車輪胎氣壓監測系統的性能要求和試驗方法[S].

[2] GB 26149—2017，乘用車輪胎氣壓監測系統的性能要求和試驗方法[S].

（編輯? 楊? 景）

作者簡介

李寬（1985—），男，工程師，研究方向為汽車電氣領域，完成多款車型的T-BOX、BCM設計開發、項目管理工作。