整车直接式胎压监测匹配原理及应用

李 钲

（江铃控股有限公司，江西 南昌 330200）

1 胎压监测系统

胎压监测系统（TPMS）是一种采用轮胎压力传感器对轮胎实际运行过程中的压力和温度进行实时自动监测，利用无线发射器将压力信息以高频无线电波（RF）发送到中央接收器模块上并显示数据的系统。

车辆的每个轮胎都安装一套轮胎压力传感器，通过内置的加速度传感器进行触发，当车辆时速大于加速度传感器阈值时，胎压传感器自动唤醒、进入系统自检，通过系统设置检测时间周期，实现汽车高速行驶时自动检测，对轮胎高压、低压、高温进行实时更新显示，供驾驶者参考，可避免因轮胎故障引发的交通事故。

1.1 胎压监测系统分类

胎压监测系统分间接式胎压监测系统及直接式胎压监测系统两种。两者的区别在于胎压监测传感器安装方式及报警策略不同。

1.1.1 间接式胎压监测系统

胎压传感器外置，利用轮胎的转速差判断轮胎是否异常，通常利用外置式接收器对胎压信息进行接收及显示。

1.1.2 直接式胎压监测系统

胎压传感器安装在轮胎内部，中央接收器模块作为整车部件安装在车身上，通过CAN总线技术与整车仪表连接，胎压信息通过汽车自身仪表或显示屏进行显示。该文主要阐述直接式胎压监测系统的应用及匹配方法。

1.2 直接式胎压监测系统组成

直接式胎压监测系统由胎压监测控制器、安装在汽车轮胎内部的压力监测模块和集成在汽车仪表上的报警器3部分组成。

1.2.1 胎压监测控制器

TPMS控制模块，自带RF无线接收器，用于接收4个轮胎的气压数据并传递至报警器进行显示。

1.2.2 报警器

报警器由显示屏和报警蜂鸣器等组成，用于显示4个轮胎的气压数据。

1.2.3 压力监测模块

由胎压传感器（由压力传感器、温度传感器、加速度传感器和后信号处理ASIC芯片）、MCU（8-16位单片机）、RF射频发射器、电池、天线等组成，用于发送轮胎的压力和温度值等信号。如图1所示。

图1 压力监测模块组成示意图

1.3 直接式胎压传感器工作原理

胎压传感器安装在每个轮毂上，它由压力传感器、温度传感器、加速度传感器、MCU、射频发射芯片、电池、LF低频接收电路和天线组成，满足触发条件时，能实时监测轮胎的气压和温度，通过超高频（433MHz）发送数据。传感器可以接收125kHz的低频唤醒信号，根据低频唤醒信号或加速度传感器信号，使发射器在睡眠模式和工作模式之间切换。胎压控制器单独或者集成到BCM里安装在仪表台内，接收胎压传感器433MHz的高频信号，把高频信号解调后，将四轮胎压和四轮的温度信息以及判断的低压、高压报警、高温报警、传感器电池电量低和传感器丢失信息转换为CAN总线信号发送给仪表，仪表根据CAN总线信息进行对应的显示和报警[1]。

1.4 直接式胎压传感器匹配原理

每个胎压传感器都有1个专属ID，整车出厂前，须将汽车4个轮胎内置的传感器ID及位置信息分别写入TPMS控制器中，以便系统准确显示各轮胎胎压信息。在整车出厂前，工厂须对即将下线的车辆进行胎压监测系统匹配，将安装于4个车辆的胎压传感器的ID（身份信息）与所属轮胎的位置信息进行一一对应，并把对应关系写入胎压监测控制器。在使用过程中，当任一轮胎的压力值或温度的变化超过报警值时，胎压监测控制器能准确显示故障信息，以便驾驶员及时察觉应对，如图2所示。

图2 胎压传感器匹配原理示意图

2 整车直接式胎压传感器匹配设备

2.1 胎压传感器匹配系统组成

胎压传感器匹配系统组成由工控机、胎压传感器触发设备、辅助传感器、轴距调整装置、扫描仪等设备构成。

2.1.1 工控机

采用PLC控制，可自动完成检测数据的采集、显示、输出（传送）并可将数据下载、查询及保存；工控机具备含有各项测量、运算、安全、标定和故障诊断等功能的完整软件。设备提供通信接口，保证检测、调整结果可与工厂的控制中心联网。

配备有线通信OBD插头，用于与待匹配汽车进行诊断和测试，所有车型通信接口为OBD接口。

配置电控柜及工业显示器，配置相应控制按钮。可显示操作模式、故障诊断信息、测试步骤和动作、设定值、测量值、标定值等，有手动、自动和标定3种操作模式。

2.1.2 轴距调整装置

汽车在驶入试验台之前进行轴距自动调整，满足不同车型混合生产。维修保养时可手动调整。盖板上安装一套不锈钢米尺。轴距调整范围满足所属企业生产车型轴距调整需求；轴距调整速度：100mm/s；轴距调整精度：±1mm。滚珠丝杠和直线导轨配置防尘罩，可有效防止灰尘、油污等杂质进入。安装汽车在位识别传感器（前、后轴各1套）：用于监视汽车在试验台的正确位置，并能通过显示器提示操作者汽车试验台左右方向上的位置。

2.1.3 条码扫描器

由于车型、配置差异，存在多品牌胎压传感器混线匹配的情况，为应对多车型对种类胎压传感器匹配，现场需对车型进行识别，正常工作时通过条码阅读器选择车型，也可从EMS获取车型信息。当条码扫描器故障时，可通过计算机键盘手动输入条码，并显示输入条码，以便操作者核对条码。

2.1.4 胎压传感器射频触发器

在工位两侧对应车辆轮胎位置安装轮胎胎压传感器射频触发器（条件允许时可增加轴距调整装置，满足不同轴距车型匹配需求），射频触发器频率应根据所需匹配的轮胎配置的轮胎胎压传感器定制，充分考虑好4个射频触发器的触发距离，由于不可以存在4个轮胎之间交叉触发的情况，因此触发范围应可调。用于发送低频唤醒信号，唤醒胎压传感器。胎压传感器射频触发器采用125kHz的低频信号对胎压传感器进行激活。胎压传感器射频触发器多采用ASK的调制、解调方式。由于标定状态下车轮停放状态不一致，胎压传感器射频触发器天线多采用环形布置，外形轮廓与车辆轮毂接近，与胎压传感器的距离一般在几十厘米。

2.1.5 辅助传感器

接收胎压传感器信息，并反馈至工控机。

2.1.6 胎压检测匹配的软件

控制胎压触发设备及辅助传感器运行，用于触发轮胎胎压传感器发射RF信号，辅助传感器接收到RF信号。每个车轮的TPMS信息通过CAN报文形式完成数据传递。辅助传感器通过解析报文中的胎压传感器ID来区分不同的车轮，匹配软件对获取的胎压信息进行存储、分析等，并通过OBD口与整车连接，与胎压控制器建立通信，将胎压传感器ID写入胎压控制器。

2.2 胎压监测系统匹配流程

如图3所示，胎压监测系统匹配流程如下：1）车辆自动进入胎压传感器检测区域；2）扫描车辆VIN码或配置码；3）获取车辆配置码信息后，判断车辆是否配置TPMS信息，如未配置TPMS，则不触发TPMS检测系统；4）如已配置TPMS，光电传感器识别到车轮位置信息，则触发检测轮胎；5）工控机控制胎压触发器向左前轮胎压传感器射频触发器发出低频唤醒信号，胎压传感器接收到低频唤醒信号以后，触发轮胎胎压传感器发射RF信号，辅助传感器接收到RF信号，并将胎压传感器ID信息显示在显示器上；6）重复第5步骤，胎压传感器射频触发器依次将右前轮、右后轮、左后轮胎压触发，辅助传感器接收对应RF信号；7）当被检测车辆4个轮胎ID信息收集完毕后，辅助传感器将胎压信息传输给工控机，工控机通过OBD接口将轮胎胎压传感器ID写入TPMS中；8）系统收集胎压传感器ID和VIN后上传服务器进行存储，不需要人工操作启动流程；9）TPMS检测系统根据车辆位置识别装置依次获取LF左前轮、RF右前轮、RR右后轮、LR左后轮轮胎传感器信息，并进行显示，传输和保存；10）TPMS测试完成后，如测试成功，则进入OBD模块学习过程；否则只保存TPMS测试失败的相关信息，并报警，如图4所示。

图3 总体工作流程示意图

TPMS系统在线写入流程如图4所示。

图4 TPMS系统在线写入流程图

3 返修设备

在生产过程中出现返工情况时，需要对更换胎压控制器或者轮胎的车辆重新进行胎压监测匹配。受产线生产负荷影响，返修车辆一般不再进入流水线工位进行重复过线，因此，常用方式为开发一套简易手持胎压标定设备用于返修使用。如图5所示。

图5 TPMS系统FAI手动备用设备流程图

手持设备可通过扫码和手动输入选择车型，可清除车辆之前写入的胎压传感器ID，然后读取胎压传感器ID，并将其通过 OBD接口写入对应车型的胎压检测控制器中。

手持设备标定过程中读取的胎压传感器ID和写入胎压检测控制器中的ID保持一致性和正确性。

手持设备可实现单轮或多个轮胎的独立读取ID和写入ID，操作切换简单方便。

手持设备在完成标定后，须在显示界面有提示并打印出相应标定结果单据。

由于返修工位不确定，无法提供固定电源，设备需配备电池，电池要求能够连续工作6h以上，电池使用寿命 3 年以上，电池可更换，每套手持设备配一套充电器。

4 结论

随着轮胎压力传感器的不断运用创新，轮胎压力传感器的匹配方式正在朝着自学习的方向发展。对产线匹配设备的更迭，应紧跟产品发展趋势进行变更。胎压监测系统作为汽车安全驾驶辅助系统，能在轮胎出现高压、低压、高温时报警，提醒车主注意行车安全。但是胎压监测系统不能解决爆胎或快速漏气引起的方向失控问题，其功能主要是轮胎气压异常时提示驾驶员，需要驾驶员主动排除故障，该系统属于被动安全不能过分依赖。