TPMS胎壓檢測(cè)系統(tǒng)介紹及工廠實(shí)施方案

宋明益

摘 要：TPMS（Tire Pressure Monitoring System）作為一種輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以進(jìn)行輪胎壓力和溫度等狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和異常情況的報(bào)警，提醒駕駛?cè)思皶r(shí)處理，提高汽車(chē)駕駛的安全性、經(jīng)濟(jì)性和舒適性，是智能輪胎技術(shù)的一個(gè)非常重要的應(yīng)用。本文從TPMS類(lèi)型、胎壓傳感器信號(hào)解析、工廠標(biāo)定環(huán)境要求三個(gè)方面展開(kāi)分析，目的為T(mén)PMS在工廠內(nèi)標(biāo)定提供一個(gè)較為理想的實(shí)施方案。

關(guān)鍵詞：TPMS 信號(hào)解析 工位布置

1 引言

本文介紹了常見(jiàn)的TPMS類(lèi)型、TPMS胎壓傳感器技術(shù)要求、天線板布置方式及成功率影響因素分析，為在具有TPMS檢測(cè)要求的主機(jī)廠提供建議及規(guī)劃指導(dǎo)。

2 TPMS介紹

2.1 TPMS工作原理

待檢車(chē)輛在主線工位移動(dòng)，TPMS設(shè)備根據(jù)車(chē)輛位置依次觸發(fā)左前，右前，左后，右后4個(gè)胎壓傳感器，讀取胎壓ID值并上傳對(duì)應(yīng)系統(tǒng)。

a） 針對(duì)不同形式的胎壓傳感器（軸向、切向）天線板采用不同線圈發(fā)射低頻信號(hào)激活胎壓傳感器。

b） 傳感器被激活后返回帶有胎壓、胎溫、輪胎ID信息的高頻信號(hào)，不同供應(yīng)商采用不同的胎壓通訊協(xié)議。

c） 天線板是通過(guò)控制低頻信號(hào)的影響范圍來(lái)控制讀取的輪胎（即防讀穿）。

d） 任何標(biāo)示位相同，頻段一致的高頻信號(hào)都會(huì)被天線板識(shí)別讀取。

2.2 TPMS類(lèi)型

主要類(lèi)型包括間接式TPMS、直接式TPMS、混合式TPMS和無(wú)源式TPMS[1]。

a）間接式TPMS

通過(guò)車(chē)輛ABS上系統(tǒng)上的輪速傳感器來(lái)比較四只輪胎的轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)欠壓報(bào)警：如果其中一只輪胎氣壓降低，車(chē)輛重量會(huì)使該輪直徑變小，行駛相同的距離該車(chē)輪轉(zhuǎn)速就會(huì)與其他車(chē)輪不同，當(dāng)差別很大時(shí)就儀表就會(huì)發(fā)出異常胎壓報(bào)警。

b）直接式TPMS

通過(guò)安裝在輪胎里的壓力傳感器來(lái)直接測(cè)量輪胎的氣壓、溫度等信息，利用無(wú)線發(fā)射器將壓力等信息從輪胎內(nèi)部發(fā)送給中央接收器單元，在儀表盤(pán)顯示每個(gè)輪胎的氣壓數(shù)據(jù)，當(dāng)輪胎氣壓過(guò)低或漏氣時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警[2]。

c）混合式TPMS

是結(jié)合直接式TPMS和間接式TPMS的優(yōu)點(diǎn)而提出的一種TPMS結(jié)構(gòu)。

d）無(wú)源式TPMS

為一種無(wú)電池的TPMS，通過(guò)能量收集器、電磁耦合或無(wú)源無(wú)線聲表面波器件為T(mén)PMS的輪胎模塊提供能量，實(shí)質(zhì)上也是一種直接式TPMS，為了區(qū)別于采用電池供電的直接式TPMS，稱(chēng)為無(wú)源TPMS。

3 TPMS傳感器分析

3.1 胎壓傳感器類(lèi)型介紹

常見(jiàn)的胎壓傳感器分為切向傳感器和軸向傳感器。

a）切向傳感器

胎壓傳感器內(nèi)含天線線圈垂直于傳感器氣門(mén)嘴桿方向，安裝在輪胎上后，平行于車(chē)輪。工廠TPMS設(shè)備測(cè)試時(shí)，天線板需發(fā)射切向磁場(chǎng)，使其通過(guò)天線線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

b）軸向傳感器

胎壓傳感器內(nèi)含天線線圈平行于傳感器氣門(mén)嘴桿方向，安裝在輪胎上后，垂直于車(chē)輪。工廠TPMS設(shè)備測(cè)試時(shí)，天線板需發(fā)射軸向磁場(chǎng)，使其通過(guò)天線線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

3.2 胎壓傳感器信號(hào)解析

胎壓傳感器通訊協(xié)議一般會(huì)由主機(jī)廠定義各自平臺(tái)化LF/RF協(xié)議，下文舉例介紹了一種LF/RF協(xié)議通訊log中各字段的定義說(shuō)明。

a）LF信號(hào)

前導(dǎo)碼16bit，同步段9bit，Wake Up ID 16bit（LF信號(hào)前8bit為0xFFF7，后8bit為指令），用戶(hù)段Data 16bit。除了Wake Up ID后8bit代表具體指令，其余在LF信號(hào)中不代表具體信息。

b）RF信號(hào)

前導(dǎo)碼16bit，ID 32bit，壓力8bit，溫度8bit，加速度8bit，工廠信息8bit，功能8bit，CRC 8bit。

4 TPMS工位布置

4.1 設(shè)備安裝要求

本節(jié)主要介紹工廠設(shè)備安裝注意事項(xiàng)及關(guān)鍵點(diǎn)。

a） 胎壓天線板安裝高度根據(jù)車(chē)間實(shí)際抱具上整車(chē)高度進(jìn)行設(shè)置，要求保證輪胎全部位于天線板范圍內(nèi)；

b）胎壓天線板距離輪胎（200-500）mm，實(shí)際距離需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)車(chē)型調(diào)試進(jìn)行設(shè)置，要求滿足該車(chē)間所有在產(chǎn)車(chē)型的TPMS匹配距離；

c） 胎壓天線板支架不能形成回路；

d） 胎壓光電開(kāi)關(guān)安裝位置：RFID（射頻識(shí)別技術(shù)，主機(jī)廠多采用此方式識(shí)別車(chē)輛）觸發(fā)開(kāi)關(guān)距離天線板不超過(guò)500mm，輪胎檢測(cè)觸發(fā)開(kāi)關(guān)放置天線板邊緣；

e） 安裝環(huán)境要求工位周邊無(wú)強(qiáng)磁、強(qiáng)電干擾；

f）設(shè)備集成廠家需保證RFID讀取合格率100%（除人為因素干擾）；

g） 控制軟件策略，通過(guò)胎壓激活設(shè)備來(lái)獲取傳感器ID值；

h）車(chē)輛輪胎檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)采用對(duì)射方式；

4.2 設(shè)備地面布置方式

本節(jié)介紹TPMS設(shè)備地面布置方式

a） 線體運(yùn)行節(jié)拍/速度：根據(jù)基地主線速度調(diào)整；

b） 線體上安裝設(shè)備區(qū)域不得有其他高頻設(shè)備使用，避免信號(hào)干擾；

c） 設(shè)備安裝工位區(qū)域需長(zhǎng)度6300mm，寬4600mm的直線距離，工位旁需預(yù)留0.5m2-1m2布置機(jī)柜；

d） 設(shè)備區(qū)域內(nèi)禁止其他裝配操作或者人員進(jìn)入，建議增加圍欄并設(shè)警示提醒牌；

e） 地面布置建議選擇最終線第一個(gè)工位，避免人為因素的干擾；

4.3 設(shè)備空中布置方式

本節(jié)介紹TPMS設(shè)備空中布置方式。

a） 線體運(yùn)行節(jié)拍/速度：根據(jù)基地主線速度調(diào)整；

b） 線體上安裝設(shè)備區(qū)域不得有其他高頻設(shè)備使用，避免信號(hào)干擾；

c） 設(shè)備安裝工位區(qū)域需長(zhǎng)度6300mm，寬4600mm的直線距離，工位旁需預(yù)留0.5m2-1m2布置機(jī)柜；

d） 設(shè)備區(qū)域內(nèi)禁止其他裝配操作或者人員進(jìn)入，建議增加圍欄并設(shè)警示提醒牌；

e） 高平臺(tái)工位線體需設(shè)置變頻電機(jī)或者工頻電機(jī)（速率匹配主線節(jié)拍），控制車(chē)輛均速通過(guò)胎壓設(shè)備，要求其速度運(yùn)行的線體長(zhǎng)度不小于8000mm；

f） 設(shè)備安裝區(qū)域單側(cè)要求承重需滿足不小于1000kg；

g） 天線板距離輪胎小于500mm；

h） 高平臺(tái)U形線體設(shè)備布置：并行線體需間隔距離至少大于6000mm，同時(shí)建議線體內(nèi)測(cè)天線板外側(cè)增加鐵欄桿或鐵網(wǎng)；

i） 車(chē)輛輪胎需平行于天線板進(jìn)入測(cè)試區(qū)域；

5 成功率影響因素分析及優(yōu)化方向

5.1 成功率影響因素分析

a）天線板與車(chē)的距離

對(duì)于軸向傳感器，距離越近信號(hào)強(qiáng)度越大，影響范圍越大。當(dāng)發(fā)送的低頻信號(hào)影響到對(duì)側(cè)輪胎時(shí)，如果對(duì)側(cè)輪胎較本側(cè)輪胎更靈敏，此時(shí)就會(huì)發(fā)生左右輪串讀現(xiàn)象。

對(duì)于切向傳感器，由于其信號(hào)方向平行天線板，如要使本側(cè)胎壓有足夠強(qiáng)度的信號(hào)被激活，天線板越遠(yuǎn)，信號(hào)影響范圍越大，極有可能導(dǎo)致前后輪串讀現(xiàn)象發(fā)生。

b）左右天線板徑向距離

天線板徑向距離過(guò)大可能會(huì)造成前車(chē)還未完成測(cè)試循環(huán)，后車(chē)已讀取到VIN而開(kāi)始測(cè)試造成前后車(chē)干擾。

天線板徑向距離過(guò)小易導(dǎo)致信號(hào)區(qū)重疊而導(dǎo)致干擾。

c）RFID光電開(kāi)關(guān)距離

RFID光電距離過(guò)遠(yuǎn)也容易導(dǎo)致前后車(chē)干擾現(xiàn)象。

d）工位長(zhǎng)度

若工位長(zhǎng)度相對(duì)較小，所生產(chǎn)車(chē)型車(chē)長(zhǎng)相對(duì)又較大，則前后車(chē)間距小，易造成前后車(chē)干擾。

e）車(chē)輪光電開(kāi)關(guān)距離

車(chē)輪光電開(kāi)關(guān)距離板來(lái)向板邊緣過(guò)遠(yuǎn)，在工位較小的情況下也會(huì)存在前后車(chē)干擾的可能性。

f）人員因素

當(dāng)前車(chē)輛在測(cè)試循環(huán)中，人員闖入胎壓測(cè)試區(qū)域誤觸發(fā)結(jié)束對(duì)射傳感器，則會(huì)導(dǎo)致RFID誤讀取下臺(tái)車(chē)，而產(chǎn)生前后車(chē)干擾現(xiàn)象。

g）線速

線速是影響TPMS成功率的最大因素，線速過(guò)快會(huì)導(dǎo)致車(chē)輪停留天線板區(qū)域時(shí)間短，胎壓激活時(shí)間不夠，或者天線板初始化完畢后輪胎已離開(kāi)最佳激活區(qū)域而造成胎壓合格率下降。

h）信號(hào)干擾

天線板周?chē)嬖谄渌皖l信號(hào)，存在信號(hào)干擾，導(dǎo)致激活胎壓傳感器成功率下降。

5.2 胎壓合格率優(yōu)化方向

表1總結(jié)了TPMS胎壓設(shè)備常見(jiàn)優(yōu)化方向。

6 結(jié)語(yǔ)

TPMS胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為汽車(chē)安全系統(tǒng)之一，在汽車(chē)發(fā)展日新月異的今天，已經(jīng)越來(lái)越受到相關(guān)方的重視[3]。本文從TPMS系統(tǒng)原理切入，簡(jiǎn)單闡述了胎壓傳感器信號(hào)類(lèi)型及工廠布置方式和優(yōu)化方式，為各需求方后續(xù)TPMS設(shè)備規(guī)劃提供相關(guān)內(nèi)容的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]范勇. 單向通信汽車(chē)輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究 . 重慶大學(xué)，2007.

[2]李東錦. 胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究. 成都理工大學(xué)，2014.

[3]余超. 基于無(wú)線傳輸?shù)妮喬毫ΡO(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究. 桂林電子科技大學(xué)，2012.