乘用车Ⅱ类胎压监测系统分析

王玉磊 刘兵 杨清凯 段国浩 王洪岩

（中国汽车技术研究中心有限公司）

轮胎气压作为影响轮胎性能和汽车安全的重要指标和参数，对汽车的动力性、经济性和行车安全有着重要影响。当轮胎气压过低时，轮胎自身结构内应力就会向不理想的方向发展，会增加轮胎爆胎风险，给汽车行车带来安全隐患。乘用车在使用过程中由于轮胎欠压引发的交通事故比比皆是。2017年10月发布的强制性国家法规GB 26149—2017《乘用车轮胎气压监测系统的性能要求和试验方法》对我国的M1 类车辆胎压监测系统（TPMS）的性能提出明确规定。Ⅱ类TPMS 产品在TPMS 产品中占据较大市场，因其原理的不同，其性能采用GB 26149—2017 标准检测的表现各异[1-2]。文章依据GB 26149—2017 对市场上的Ⅱ类TPMS 产品的装车性能进行分析和试验验证。

1 Ⅱ类胎压监测系统的原理及性能

根据TPMS 的原理和功能，GB 26149—2017《乘用车轮胎气压监测系统的性能要求和试验方法》[2]中将TPMS 分为了Ⅰ类和Ⅱ类。现阶段多数胎压监测系统属于Ⅱ类胎压监测系统，其中含有直接式和间接式2 种原理的系统。

1.1 Ⅱ类胎压监测系统的性能要求及试验方法

1.1.1 性能要求

文献[2]中对Ⅱ类TPMS 的性能要求如下：

1）单胎欠压状态欠压报警时间限值为10 min，显示标准中的报警信号。

2）多胎欠压状态欠压报警时间限值为15 min，显示标准中的报警信号。

3）系统自身故障要求报警时间限值为10 min，显示信号的表示方式需要明确区别于气压标准的表示，并在产品使用说明书中说明。

4）图1 示出2 种不同的TPMS 报警信号标志。Ⅱ类TPMS 报警信号要求：必须包含图1a，可配备图1b 或经修改的接近车辆真实外形的类似图1b 的标志，图1b（含修改）应在欠压报警时明确指出欠压轮胎的具体位置。

图1 2 种不同的胎压监测系统（TPMS）报警信号标志

1.1.2 试验方法

文献[2]中对Ⅱ类TPMS 的试验方法如下：

1）试验进行前将车辆静置至少1 h；

2）将轮胎气压调整到车辆试验载荷对应的汽车推荐轮压（Prec）；

3）如有必要，重置TPMS；

4）按标准规定的目标车速在道路上累积行驶正向10 min，反向10 min，系统在这累积的20 min 内会发生变化，轮胎自身胎压和胎温升高并达到一个相对的稳定状态，系统会采集这20 min 的数据，用来推算推荐轮胎气压值和欠压值；

5）在5 min 内将胎压调整到（75%Prec-7）kPa；

6）调整结束后按规定车速继续行驶直至系统报警，记录从达到欠压状态到系统报警的时间。

为按标准实现检验能力，研究搭建出Ⅱ类胎压监测系统性能试验用仪器，如图2 所示。

图2 Ⅱ类胎压监测系统性能试验仪器

该仪器性能如下：

1）设备满足在汽车行驶过程中执行欠压操作；

2）自动精确控制轮胎气压，操作及测量总误差不超过3 kPa；

3）所有轮胎气压测量参数出自同一压力测量设备；

4）试验系统具备自动计时能力。

1.2 直接式胎压监测系统的原理及性能[3-5]

直接式TPMS 通过轮胎内部的气压传感器测得胎压数据，并将胎压数据通过无线信号发送到行车电脑。行车电脑将信号进行处理后，将胎压信息发送到仪表盘上进行显示或报警。当直接式胎压监测信号出现自身故障时，由于使用无线传输的原因，系统判定压力传感器缺失相对困难，所以直接式TPMS 的自身故障报警会相对困难（较典型的传感器信号丢失工况）。

表1 示出4 台样车的部分试验结果。从表1 可以看出，直接式TPMS 欠压报警反应及时迅速，故障报警相对困难，有不符合标准的情况出现。

表1 4台样车欠压及故障报警检验结果（直接式Ⅱ类）

1.3 间接式胎压监测系统的原理及性能[3,6]

间接式TPMS 的基本原理是通过足量采集安装在车辆轮边的轮速传感器的数据，在重置学习过程中建立每一个轮胎正常直线行驶时与相邻轮胎转速的关系。如果其中一个轮胎过度欠压，则其滚动半径会变小，使在同一车速下该轮胎相对其他相邻轮胎而言转速增加，从而判定轮胎欠压。由于轮胎滚动半径对胎压的敏感度较低，多轮胎欠压时直线行驶状态下轮胎转速的相对关系变化并不突出，所以很难识别欠压。因此间接式TPMS通过采集轮速传感器等车辆传感器的信号，并对其作深度处理，得出与胎压相关的轮胎的某些运动学和力学特性。通过将重置和学习的正常数据进行对比，以及系统中的轮胎的各方面状态与气压对应关系的数据进行分析，推算出目前轮胎胎压，并实现报警功能。

由于间接式TPMS 的程序及算法的复杂性，以及需要较长时间采集大量的数据作为支撑，间接式TPMS需要很长时间进行监测及推算，导致其欠压报警时间明显比直接式TPMS 需要的时间长。另外由于车辆轮胎欠压行驶时的状态也是不断变化的，这也给间接式TPMS 对气压状态的识别和判定增加了困难。

间接式胎压监测的所有传感器都是车辆上固有且有线连接的，当系统中传感器丢失或没有信号时，系统可以明确系统故障。所以间接式TPMS 对丢失传感器信号类型的系统故障可以很快地判定，其系统故障报警相对较快。

基于GB 26149—2017 的测试方法，同样随机选取了4 台配备间接式TPMS 的样车进行试验，部分试验结果，如表2 所示。

表2 4台样车欠压及故障报警检验结果（间接式Ⅱ类）

1.4 直接式和间接式胎压监测系统的特点

基于不同原理的TPMS 所能显示的信息不同，间接式TPMS 因其监测不到真实的轮胎内部气体压力信息，欠压轮胎与相邻轮胎之间在欠压判定时有相互参照的关系，所以在多轮或全轮欠压时不能够明确指出欠压轮胎的具体位置。直接式TPMS 是根据压力传感器检测到的实际压力数据做欠压判定，只和标准或推荐胎压进行对比。所以直接式TPMS 基本都能够显示图1b 或经修改的接近车辆真实外形的类似图1b 的标志（仪表板或屏幕显示空间受限的除外），准确地指示欠压轮胎的具体位置，然而由于其系统信号是无线传输，所以存在报警位置错误的情况。

2 结论

从直接式与间接式TPMS 的数据结果及原理分析可以明显地得出：

1）欠压报警：直接式TPMS 的欠压报警比较迅速，一般在压力降低到标准试验限值（75%Prec-7）kPa 之前（达到欠压值75%Prec）发生报警；直接式TPMS 试验过程中发现，对ECE 标准同样适用的部分车型在更高胎压状态迅速报警；间接式TPMS 虽然也在规定时间内达到报警的目的，但报警时间相对较长。

2）故障报警：试验也验证了由于系统原理的区别，系统自身故障报警表现存在很大的差异，直接式TPMS易发生典型故障，系统故障报警时间较长，而间接式TPMS 的系统故障报警时间较短。