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汽車安全新技術TPMS

文檔作者：何志軍牛永強晉蕾楊賢琴文檔來源：奇瑞汽車股份有限公司試驗和整車技術工程院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月09日
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汽車安全新技術TPMS
何志軍,牛永強,晉蕾,楊賢琴
(奇瑞汽車股份有限公司試驗和整車技術工程院,安徽蕪湖241009)
摘要:介紹了汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)(TPMS)的概念、工作原理及發(fā)展現(xiàn)狀,分析了TPMS技術的應用。
關鍵詞:PMs;汽車;輪胎;安全
 The New Technology for Automobile Safety: TPMS
 HE Zhijun, NIU Yongqiang, JIN Lei, YANG Xianqin
(Chery Automobile Co.,d., Wuhu Anhui241009, China)
 Abstract: The concept, work principle and present development status of TPMS tire pressure monitoring system) were introduced, and
 its application was analyzed.
 Keywords: TPMS: Automobile: Tire; Safety
據(jù)統(tǒng)計,目前在中國高速公路上,由爆胎引起的交通事故機開關顯示模塊組成;結構上包括機殼、設在
0引言
面板的功能
關和顯示屏。
已占事故總數(shù)的70%,在美國這一比例更高達80%。SAE(美
汽車輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng),主要用于在汽車行駛時,適時對
國汽車工程師協(xié)會)的調(diào)查統(tǒng)計表明:美國每年有26萬起交輪胎氣壓進行自動監(jiān)測,對輪胎漏氣造成低胎壓和高溫高胎壓
通事故是由于輪胎氣壓低或滲漏造成的,而75%的胎故障是防爆胎進行預警,確保行車安全同時,保障輪胎氣壓處于正
由于輪胎氣壓不足或滲漏引起的。由于每年造成的經(jīng)濟損失和常范圍還有利于減少油耗及輪胎磨損等問題。因此,TPMS對
人員傷亡巨大,美國政府要求汽車制造商加速發(fā)展輪胎氣壓監(jiān)提高行車安全性、降低燃油消耗及減少輪胎磨損等都具有重要
測設備,以求減少輪胎事故的發(fā)生。車胎中安裝上胎壓監(jiān)測意義。
傳感器和射頻發(fā)射器的智能輪胎正在引起極大的關注。智能輪
胎與汽車儀表盤上一個接收器及顯示器配合,即構成一個輪胎2TPMS技術的現(xiàn)狀和演變
壓力器監(jiān)測系統(tǒng),即PMS(Tire Pressure Monitoring System),它
目前,tPMS主要分為兩種類型:一種是Wl-spee
也可以簡稱為胎壓監(jiān)測傳感器(Tire Pressure Monitoring Sens
 Based TPMS( WSB TPMS,間接式TPMs),這種系統(tǒng)是通過汽
目前福特公司的林肯大陸、戴姆勒一克萊斯勒公司的道奇車ABS系統(tǒng)的輪速傳感器來比較輪胎之間的轉速差別,以達到
迷你廂型車,以及 Chrysler3300M等系統(tǒng)車型,都裝有tpMS
監(jiān)視胎壓的目的,該類型系統(tǒng)的主要缺點是無法對兩個以上輪
而對于國內(nèi)的許多汽車制造商來說,在未來很短時間內(nèi)將胎同時缺氣的狀況和速度超過100km/h的情況進行判斷;另
TPMS裝在自己的車型上已是大勢所趨。
一種是Pressure-Sensor- Based TPMS( PSB TPMS,直接式
經(jīng)統(tǒng)計,欠氣狀態(tài)行車,每100km汽車多耗油260mL,TPMS),這種系統(tǒng)是利用安裝在每一個輪胎里的壓力傳感器來
欠壓行駛時輪胎的磨損也很大,輪胎壽命將減少1%20%;直接測量輪胎的氣壓,并對各輪胎氣壓進行顯示及監(jiān)視,當輪
如果輪胎氣壓過高,抓地力就會下降,同樣輪胎的磨損也嚴胎氣壓太低或有滲漏時,系統(tǒng)會自動報警 PSB TPMS從功能
重,油耗也會隨之上升;而如果輪胎內(nèi)溫度過高將會有爆胎和性能上均優(yōu)于 WSB TPMS PSB TPMS可分為帶電池tpM
的潛在威脅。
和無電池TPMS。
TPMS系統(tǒng)集輪胎壓力、溫度檢測功能于一體,可以實時
 WSB TPMSPSB沒有 TPMS準確率高且系統(tǒng)校準復雜,在
監(jiān)測汽車輪胎內(nèi)的氣壓和溫度,對輪胎的漏氣、低氣壓高氣有些情況下此系統(tǒng)無法正常工作,如無法對兩個以上的輪胎同
壓和高溫度進行預警以保障行車安全。
時缺氣的狀況和速度超過100km/的情況進行判斷,所以不
1TPMs概念
能成為技術發(fā)展的主流。帶電池TM的技術日成熟,開發(fā)
出來的模塊可適用于各廠牌的輪胎,是當前的主流技術,現(xiàn)在
檢測模塊(每只輪胎一個)各種車輛上均安裝這種TMS。帶電池TPMS傳感器/發(fā)射器
和接收顯示模塊(一個)組成,不同類型的輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)要電池提供動力,因此不可避免地帶來一些弊端:如電池的壽
具體組成不同。發(fā)射檢測模塊電路由溫度壓力傳感器、MCU命有限,當氣溫嚴重降低時,電池的容量會受到影響而減少,
(單片機)和發(fā)射機組成;結構由一個用于保護電路的外殼,不夠穩(wěn)定。此外,電池的化學物質(zhì)也會導致環(huán)境問題,同時由
和將外殼固定在輪胎的輪輛上的裝置組成。接收器電路由電源于電池的存在很難降低發(fā)射器的質(zhì)量。
收稿日期:2014-03-10
作者簡介:何志軍(1983),男,本科,助理工程師,主要從事汽車電子電器零部件檢驗與測試工作。- E-mail hezhijunr mychery.c
研究與開發(fā)
 Automobile Parts 2014.07
無電池M用一個中央收發(fā)器代替一般直接式PMS中3.2發(fā)射模塊工作模式
的中央接收器。這個收發(fā)器不但要接收信號而且要發(fā)射信號,
發(fā)射模塊見圖3。發(fā)射模塊需要做到低功耗,這樣可以延
安裝在輪胎中的轉發(fā)器(代替了發(fā)射器)接收來自中央收發(fā)器長電池的壽命。因此將該模塊設計成有兩種狀態(tài):一種狀態(tài)是
的信號,同時使用這個信號的能量來發(fā)射一個反饋信號到中央車子停著的情況下的駐車模式,另一種是車子在路上行走時的
收發(fā)器上。這就使得安裝在輪胎內(nèi)部的氣壓監(jiān)測器發(fā)送數(shù)據(jù)不行駛模式。當測量
塊處于行駛模式時,還會根據(jù)輪胎內(nèi)部壓
需要電池,解決了上述因電池所帶來的問題。
力和溫度變化的量來決定射頻發(fā)射的頻率這種策略可以進
如果說TPMS的使用是汽車電子技術發(fā)展的一次革新的話,步減少功耗
那PMS的無源化就是TPMS自身完善的一個重要變化。
3TPM工作原理
R發(fā)射
TPMS系統(tǒng)由一組發(fā)射模塊(4個、6個或者更多,視不同
車型而定)、一個接收模塊組成。發(fā)射模塊內(nèi)置在輪胎里,完
發(fā)射端中央處理
成數(shù)據(jù)采集、分析、處理和發(fā)射功能,在正常情況下,發(fā)射模
壓力溫度檢測
塊將采集到的溫度和壓力數(shù)據(jù)以無線通信的方式發(fā)射出來;接
收模塊外置在車輛中央控制臺上,主要完成相關數(shù)據(jù)的接收、
圖3發(fā)射模塊圖
運算和處理功能,它負責分析各個輪胎的溫度、壓力數(shù)據(jù),判
別它們的當前狀態(tài),并在必要的時候給出告警指示。TPMS系
以某車型TPMS方案來說明這兩種模式:
統(tǒng)主要用于在汽車行駛時實時地對輪胎氣壓進行自動監(jiān)測,對
(1)駐車模式
輪胎漏氣和低氣壓進行報警,以保障行車安全,是駕車者、乘
①無故障時,正常數(shù)據(jù)20min發(fā)送一次數(shù)據(jù)幀;
車人的生命安全保障預警系統(tǒng)。TPMS工作示意圖見圖1。
②有故障時,立即發(fā)送報警數(shù)據(jù)幀多次,之后報警數(shù)據(jù)
36s發(fā)送一次數(shù)據(jù)幀,直到報警解除為止;
③每12s檢測一次數(shù)據(jù);
收
④低頻接口打開。在發(fā)射模塊開始運行20min后,可以用
0顯示收
初始化儀器對TPMS系統(tǒng)進行初始化,也可以對單個發(fā)射模塊
作初始化設置。
(2)行駛模式
圖 TPMS工作示意圖
行駛模式下,接收模塊只接收來自TPMS系統(tǒng)的射頻信號。
3.1TPMS系統(tǒng)框架
如果長時間(默認為10min)沒有收到任何一個或者多個
PMs系統(tǒng)框架如圖2所示,TPMS系統(tǒng)包括發(fā)射模塊和接輪胎壓力傳感器的射頻數(shù)據(jù),發(fā)出傳感器失效錯誤報警
收模塊,發(fā)射模塊安裝在輪胎內(nèi),可以直接檢測每個輪胎的氣
①無故障時,正常數(shù)據(jù)5min發(fā)送一次數(shù)據(jù)幀;
壓和溫度,并將測量數(shù)據(jù)無線傳輸
給接收天線;接收天線通過
②有故障時,立即發(fā)送報警數(shù)據(jù)幀,之后報警數(shù)據(jù)12s發(fā)
同軸電纜將數(shù)據(jù)傳輸給安裝在儀表板下面的接收器,接收器送一次數(shù)據(jù)幀,直到報警解除為止
責解調(diào)、分析數(shù)據(jù),然后由顯示器顯示出每個輪胎壓力和溫
③傳感器每4s檢測一次數(shù)據(jù);
度,如輪胎發(fā)生異常時系統(tǒng)會向駕駛員及時發(fā)出警報2。
④低頻接口關閉。不能使用初始化儀器對TPMS系統(tǒng)進行
初始化。
發(fā)射機
3.3接收模塊
 FBCM] Anothernodd
接收模塊外接12V車載電源,接收天線負責接收無線信
動
口排氣系統(tǒng)
號,RF接收板將無線高頻信號解碼后送給中央處理器,中央
駕駛員座椅
處理器負責處理數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)打包后通過CAN總線傳輸給汽
車的中央控制器,最后由汽車中央控制器負責將數(shù)據(jù)顯示在汽
車的儀表盤上。其中低頻喚醒電路用于驅(qū)動低頻天線發(fā)送低頻
信號,這樣接收機就可以主動地查訊每個發(fā)射模塊了。接收模
樣接收
塊安裝在儀表盤附件,RF接收天線固定在射頻接收最好的位
初始化儀器
置,4個低頻天線安裝在4個輪胎附近,便于喚醒輪胎內(nèi)的4
圖2TPMS系統(tǒng)架構
個發(fā)射模塊。接收模塊見圖4。
 2014.07 Automoble Parts
061
一研究與開發(fā)
表1胎壓顯示方式
RF接收板
模式
顯示
備注
L低頻天線低
正常模式
無顯示
FR低頻天線
接收端中央處理器
22
指示符號常亮+
BL低頻天線
LIN收發(fā)模塊
輪胎壓力低
對應輪胎內(nèi)輪廓閃爍+
BR低頻天線
聲音報警+胎壓與胎壓溫度
t
調(diào)試端口N接口12電源接口
指示符號閃爍+
汽車儀表顯示汽車中央控制器
對應輪胎內(nèi)輪廓閃爍+
輪胎快速漏氣
聲音報警+
圖4接收模塊圖
 P RERRFA
與
胎
壓溫度
3.4信號傳輸及處理流程
信號傳輸流程見圖5。發(fā)射檢測模塊中的壓力傳感器感測
胎壓系統(tǒng)故障
指示符號常亮
輪胎壓力并轉化為小模擬信號,該小信號經(jīng)過放大及A/D轉化
后轉為數(shù)字信號,然后由發(fā)射檢測模塊中的MCU處理編碼數(shù)
上
字信號,加上該模塊的識別ID編碼(即用于區(qū)分模塊的身份
實時查詢胎壓
編碼),最后編碼信號經(jīng)過調(diào)制、功率放大后通過天線發(fā)射出
和胎壓溫度
去。
壓力溫
放大及AD數(shù)據(jù)碼及功率
3.6TPMS信號可靠性要求
度測量變換器碼編碼電路調(diào)制器放大器
TPMS是一個測量輪胎壓力、溫度等涉及安全信息的無線
收發(fā)系統(tǒng),其信號可靠性是設計中始終要考慮的問題。該信號
LF喚醒電路
天線傳輸
可靠性包括兩個方面:數(shù)據(jù)接收率和誤碼率。所謂數(shù)據(jù)接收率
數(shù)據(jù)汽車中央LIN總線C高頻低噪放大器不僅涉及接收模塊的靈敏度和發(fā)射模塊的發(fā)射功率,還有一個
顯示控制器傳輸c解調(diào)器數(shù)字濾波重要的原因就是當發(fā)射模塊裝入輪胎而接收模塊放入車內(nèi)時
圖5信號傳輸流程圖
車體本身相當于一個屏蔽盒,對信號的衰減相當大,再加上多
個發(fā)射模塊的數(shù)據(jù)沖突及周圍環(huán)境的干擾等,導致系統(tǒng)的數(shù)據(jù)
接收天線收到無線信號后,經(jīng)過低噪放大和濾波,再將接收率較低。而誤碼率是指發(fā)射模塊發(fā)射的信號在傳輸途中因
數(shù)字信號解調(diào)出來,接收模塊的MCU從數(shù)據(jù)包中分析發(fā)射
為外界環(huán)境干擾致使接收模塊收到錯誤的數(shù)據(jù)信息,導致系統(tǒng)
模塊的ID號、壓力數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)信息,如果ID號和接收
可靠性降低。
機中存儲的ID信息相匹配,則處理壓力和溫度數(shù)據(jù),并將
在TPMS設計中,采用高增益的發(fā)射天線及匹配電路使發(fā)
數(shù)據(jù)通過CAN總線送到汽車中央控制器后顯示在儀表盤射功率達到理想的設計要求,特別在接收端除了匹配電路設計
,采用底盤安
上。
外,一方面根據(jù)對汽車上無線電傳輸路徑的研究,的
裝天線的接收模式;另一方面根據(jù)多發(fā)射機發(fā)射信號的隨機性
和沖突性,采用時差間隙發(fā)送數(shù)據(jù)的方式進行發(fā)射,并在接收
3.5顯示終端裝置
軟件的設計中采用中斷接收循環(huán)處理的接收模式,這樣TPMS
tPM信號顯示裝置主要有以下幾種:組合儀表LD屏、信號接收率可高達98%以上。另外在軟件設計中對傳輸數(shù)據(jù)采
內(nèi)后視鏡、獨立顯示屏。
用多種校驗方式相結合的方法,使系統(tǒng)的誤碼率大為降低。
TPMS信號在某車型組合儀表LCD屏上顯示如表1所
當然,頻繁地發(fā)射數(shù)據(jù)可以增加接收機接收數(shù)據(jù)的概率,
示。
從而提高系統(tǒng)可靠性,但這樣會大大降低電池的使用壽命
(下轉第69頁)
研究與開發(fā)
 Automobile Parts 2014.07
062
路、膠泵以及桶必須是不銹鋼,以免長期使用過程中被乳液腐需要對阻礙件進行位置調(diào)整或者結構優(yōu)化;對于總裝需要的螺
蝕。循環(huán)方式采用主管循環(huán),盲端結構。
栓、孔洞等,需要進行合理避讓或者遮蔽,這就需要設計一個工
位的人工粘貼工位。對噴涂形狀提出要求,例如,噴涂寬度最好
2.3對采購周期和存儲環(huán)境的要求
固定是一個寬度的倍數(shù),這樣避免調(diào)整噴幅,節(jié)約噴涂時間。
噴涂型阻尼膠以水作為溶劑,不同于溶劑型涂料,會有一
由于需要對車身進行視覺定位,視覺定位的原理是視覺系
些特殊因素需要加以控制。實驗表明:LASD材料在℃左右統(tǒng)利用4個已標定的攝像頭從4個角度采集車體4個部位的圖
低溫存放超過2天,涂層的柔韌性、耐沖擊性、耐鹽水性以及像,并從這些圖像中搜索車體上的固有特征標記點(理想的標
損耗因子等重要指標均已不合格。因此對存儲環(huán)境要求為
在
記點是孔,但是角、邊沿等其他特征標記也可以利用)的二維
5~30℃的條件下儲存與運輸,防止冰凍及直接日曬,密封包圖像坐標;同時根據(jù)各個攝像頭之間的方位關系以及標記點在
的氣
裝中的空氣應足夠潮濕以防止材料表面干燥,不能儲存于易腐車體坐標系下的坐標,在數(shù)學上確定一個最佳的車體方位,并
蝕的容器中,冬季要注意加強庫房的保溫措施。建議至少提前計算出當前方位和理論方位之間的矯正量(,y,ZRx,
2-3天將材料運至泵房,使材料溫度穩(wěn)定至泵房的溫度。
RR2);通過該矯正矢量,機器人就能夠正確定位當前車體
要求施工環(huán)境通風良好,在此條件下可保證水分能夠以較并調(diào)整其工作應用軌跡。對于在生產(chǎn)線上生產(chǎn)的不同的車型
快的速度蒸發(fā)出去,溫度過高或過低都會影響涂層性能,如出都要求所有車型的4個特征標記點都在類似的位置,因此需要
現(xiàn)氣泡、流掛、長時間不干等質(zhì)量缺陷。推薦環(huán)境濕度小于在數(shù)模設計時考慮特征標記點的設計。
75%。
噴涂型阻尼膠以水為溶劑,涂料保質(zhì)期短,一般為3個3結束語
月,比瀝青阻尼膠保質(zhì)期12個月要短很多,因此需要生產(chǎn)計
水性阻尼涂料作為一類環(huán)保功能材料,其良好的阻尼性
劃的精準性高,在保質(zhì)期內(nèi)使用。
能、施工性能以及環(huán)境友好性,使得其應用范圍日益擴大,前
景可觀。鑒于其在地鐵車輛上已經(jīng)得到了廣泛的應用,因此在
2.4對車身設計的要求
汽車行業(yè)新線體設計時也得到了特別的關注以及實施。對于我
噴涂型阻尼膠噴涂效果同時需要車身設計時進行同步考國汽車行業(yè)來說,該技術尚屬于新技術之列,因此對其推廣還
慮,要求在數(shù)模設計時考慮以下方面
需要廣大汽車涂裝設計、工藝以及產(chǎn)品設計人員的共同配合才
考慮機器人噴涂可達性。如果被零件所遮擋則無法噴涂,能實現(xiàn)。
(上接第62頁)
TPMs對汽車行駛安全有著非常重要的意義,從目前市場
4TPMs技術應用
反映來看,合資品牌汽車基本已經(jīng)裝配TPMS,但自主品牌大多
tpm作為汽車非常重要的安全系統(tǒng),主要檢測輪胎的壓還沒有將此項新技術作為汽車安全系統(tǒng)的標準配置,這項新技
力和溫度。汽車輪胎的壓力與溫度是密切相關的也是汽車駕術在我國完全推廣還需要一段時間。但從長遠來看,應用前景
乘人員的生命安全所系。
十分看好。隨著我國汽車保有量持續(xù)增加,與汽車輪胎相關的
汽車輪胎氣壓低于標準值時,變形增大,受力發(fā)生變化,交通事故也呈現(xiàn)增長趨勢,國家會相繼出臺有關出廠汽車強制
易使輪壁簾布層呈環(huán)狀斷裂,胎面磨損不均,胎肩的磨損急劇性安裝TPM等相關規(guī)定今后幾年我國TPM市場都將保持
增大;同時,各部件膠于簾布層,簾布層之間剪切力增大,生翻倍的速度快速增長。相信在不久的將來,消費者會更加注重
熱加劇,使膠層與簾線的物理性能下降,輪胎使用壽命縮短。汽車安全,我國的汽車相關法律法規(guī)將更加完善,PMS的使用
若胎壓長期低于正常氣壓的80%,在高速行駛時,輪胎會急劇將更加普及
升溫而脫層,最后導致爆胎。
輪胎氣壓高于標準值時,因輪胎與地面接觸的面積減少,參考文獻
單位壓力增高,使輪胎胎面中部的磨損增加。室內(nèi)試驗證明:【】余立剛保證安全行車的新技術農(nóng)業(yè)裝備與車輛
一般認為提高氣壓25%,輪胎壽命將會降低15%~20%;降
工程,2006(4):52-53.
低氣壓25%,壽命大約降低30%(注意:一般轎車的輪胎正?！?】吳義保,周海清TPMS產(chǎn)品結構設計研究[J]機械研究與應
氣壓值在210kPa左右,多座位商務車(7-9座)在240kPa
用2007(2):43-45
左右為宜)。
【3】全國汽車標準化技術委員會GB/T26149-2010基于胎壓監(jiān)測
汽車輪胎溫度越高,輪胎的強度越低,變形越大(一般模塊的汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)[S],北京:中國標準出版社,
度不能超過80℃,當溫度達到95℃時,輪胎的情況非常危
2011
險),每升高1℃,輪胎磨損就增加2%;行駛速度每增加【4】江銳LF低頻喚醒技術在TPM中的應用計算機與數(shù)字工
倍,輪胎行駛里程降低50%。因此,不允許超溫超速行使。
程,2007,35(3):155-157.
【5】柳猛,王大志射頻無線技術在TPMS中的應用[J],電子技術,
5結束語
2007(7):127-130.
 201407 Automobile Parts
069
研究與開發(fā)

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