奔驰车系轮胎压力监测系统详解及典型故障4例(上)

◆文/河南 刘勤中

汽车胎压监测系统有两种类型：间接监测系统和直接监测系统。

间接监测系统，也叫集成式胎压监测系统，它是建立在ABS系统对于车轮转动监测基础上的软件优化功能。当某个轮胎的气压降低时，车辆的重量会使该轮的滚动半径变小，导致其转速比其他车轮快，通过比较轮胎之间的转速差，达到监测胎压的目的。间接检测系统的优点在于成本低、结构简单、不需要增加硬件，当然，其但缺点也很明显，非常不精确，无法单独测量每个轮胎的胎压，报警时车主无法知道是哪个轮胎有问题，也知道胎压到底是偏高还是偏低。另外，还存在反应慢、无法在第一时间发现问题并报警。

直接监测系统，也叫单独传感器式胎压监测。安装在每个车轮中的压力传感器直接测量轮胎的气压，利用无线发射器将压力信息，从轮胎内部发送到中央接收器模块上，可实时对每个轮胎气压数据进行监测。当轮胎气压太低或漏气时，系统会自动报警，车主可通过每个轮胎的胎压值直观了解各车轮是否存在异常。直接监测系统的优点在于精确，并且可以分别监控单个轮胎的实时胎压。其缺点则是由于多了四个传感器和一整套独立的监控线路，因此生产和维修成本增加。

为了提高行车安全，国家标准化管理委员会制定了《乘用车轮胎气压监测系统的性能要求和试验方法》(GB 26149-2017)，自2020年1月1日起，所有在产M1类车将强制安装胎压监测系统(TPMS，tire pressure monitoring system)，也就是上述的直接监测系统。M1类汽车是指车辆至少4个或3个车轮，而且最大的总质量超过1 000kg，除驾驶员座位以外，乘客的座位不超过8个的载客车辆，涵盖了所有家用乘用车。

随着新标准的强制实施，胎压监测系统已会成为汽车的必备装备，无论低配还是高配的汽车，都必须安装。2007年美国开始强制推行汽车胎压监测系统；在欧洲市场，胎压监测系统也已成为新车的标准配置，与安全气囊、ABS防抱死刹车系统一起，构成汽车三大安全系统，可有效预防交通事故的发生。

奔驰车系采用了上述两种轮胎压力监测系统(图1)。2020年之前的车辆，除少数高配车型配备轮胎气压监测器RDK(代码475)外，其他车型则标配了轮胎压力损失报警RDW(代码477)。奔驰车系胎压监测系统的供应商有：施耐德(Schrader)、霍富(Huf)、贝鲁(Beru)、西门子(Siemens)等。当前在售车型中，后驱车型一般采用施耐德(Schrader)提供的胎压监测系统，前驱小型车则采用霍富(Huf)提供的胎压监测系统。

一、奔驰轮胎压力损失报警(RDW)系统

轮胎压力损失报警(RDW)(代码477)系统，在检测到某个轮胎出现严重的压力损失，会通过仪表盘输出警告信息。该系统正常工作的前提条件有三个：点火开启(电路 15)；纵向加速度小于1m/s；横向加速度小于1m/s。

电控车辆稳定行驶系统(ESP)控制单元是RDW系统的主控单元，用来读取来自车轮转速传感器的信号。如果轮胎压力损失，就会导致轮胎转速上升。ESP控制单元根据转速差异计算轮胎的压力损失，如果超过阈值，将通过仪表盘输出不带指定位置的报警信息。

基于上述RDW系统的工作原理，轮胎压力损失报警(RDW)系统属于间接监测系统。在以下情况下，轮胎压力损失报警(RDW)系统的功能将受到部分限制：

1.在高边弯道或横向坡度较大的路面上(较为典型的是坡度大于7°)；

2.如果检测到硬件故障(如ESP控制单元故障、传感器故障)，则RDW系统关闭；

3.运动型驾驶方式(如高速转弯、急加速)；

4.安装了防滑链或者冬季路面状况下；

5.行驶在松软路面(如沙子、砂砾路面等)；

6.防抱死制动系统(ABS)，防加速打滑控制(ASR)或电控车辆稳定行驶系统(ESP)所施加的控制干预功能；

7.不止轮胎出现压力损失。

轮胎压力损失报警(RDW)系统的功能原理图及框图如图2所示。

如果检测到某一车轮的压力损失达到30%~50%，电控车辆稳定行驶系统(ESP)控制单元将轮胎压力损失报警状态通过底盘FlexRay、电子点火开关控制单元和用户界面控制器区域网络(CAN)传送至仪表盘，仪表盘输出相应的报警信息，以提醒驾驶员及时处理。

只有在车辆行驶了一段时间之后，系统才会输出未指定位置的警告信息。在随后的行驶过程中，仪表盘上会一直显示提示信息，直至RDW系统被重新启动。如果更换了一个或多个轮胎或轮胎压力发生了改变，则必须通过仪表盘上的控制菜单重新启动RDW系统，只有这样才会会删除所有待定的警告信息。

通过仪表盘和多功能方向盘按钮组重新启动RDW系统的操作方法是：“维修”(Service)主菜单转至 “轮胎压力”(Tire pressure)菜单项，确认后即可重新启动RDW系统。该请求由转向柱管模块控制单元通过转向机构局域互联网(LIN)和方向盘电子单元读入，并通过底盘FlexRay、电子点火开关控制单元和用户界面控制器区域网络(CAN)传送至仪表盘。随后，仪表盘将重新启动的请求传送至电控车辆稳定行驶系统(ESP)控制单元。

在重新启动后，系统执行学习，将以7种不同的速度间隔(速度介于15~250km/h之间)对相关的轮胎滚动速度进行学习。在学习过程中，RDW系统将保持待用状态。

二、奔驰轮胎压力监测系统(RDK)

奔驰轮胎压力监测系统RDK(代码475)，也就是轮胎气压监测(TPM))系统，可监测多种状况下的轮胎压力。如果出现相关压力损失，则会向驾驶员发出警告信息，如有可能还包括指定位置。RDK系统监测轮胎压力的范围为 0~637.5kPa。

奔驰RDK系统正常工作的前提条件有三个：点火开启(电路15)；速度大于20km/h或轮胎压力变化量大于10kPa；装有轮胎压力传感器并处于正常运行状态。

轮胎压力监测控制单元N88(图3)通过将4个轮胎压力传感器测量的压力与之前存储的参考压力进行比较，以监测各轮胎的压力状态。如果出现压力损失，则会向驾驶员发出警告信息，可能时还会指出具体的轮胎位置。警告类型根据压力损失量的不同而异。出现压力损失时，还将轮胎温度、车外温度、车速和行驶里程等数据包含在警告信息中。

轮胎压力传感器通过金属铝制气门嘴拧入各轮胎的内部轮辋侧。对于装配有轮胎气压监测系统(RDK)(代码475)的车辆，只能使用塑料气门嘴帽，如果使用镀镍金属气门嘴帽，就会与铝制轮胎气门嘴发生电化学反应，形成腐蚀，严重时将无法手动拆下气门嘴帽。

轮胎气压监测系统(RDK)的工作原理是：当车速大于20km/h时，4个轮胎压力传感器A69/X每间隔60s向轮胎压力监测控制单元发送1次无线电数据信息电码，无线频率与遥控钥匙相同，为433MHz。这些数据信息电码包括轮胎压力、轮胎温度、序列号(包含ID识别号、零件号、生产日期等)和状态信息(电池电量、转动方向、操作模式等)。轮胎压力监测控制单元N88持续监测所有转动车轮的轮胎压力。

奔驰车系轮胎压力监测控制单元N88位于地板右侧(图4)，中央天线集成在轮胎压力监测控制单元N88中。

行程开始后，系统会在第一个10min内自动识别传感器位置。轮胎压力传感器可自动监测车轮是转动还是静止，并始终发送与车轮特定角度位置相关的数据信息电码。数据信息电码会显示从达到特定车轮角度到已发送数据信息电码所经过的时间，以评估防抱死制动系统(ABS)车轮脉冲计数器与轮胎压力传感器信号的相关性。

另外，轮胎压力监测控制单元N88还将车外温度、车速包含在警告信息中。车外温度由车外温度传感器负责监测，并由前部信号采集及促动控制模组(SAM)控制单元直接读入。前部信号采集及促动控制模组(SAM)控制单元N10/6将信号通过车内控制器区域网络(CAN B)、电子点火开关控制单元N73和用户界面控制器区域网络(CAN HMI)传送至仪表盘A1。仪表盘将车外温度和车速，通过用户界面控制器区域网络(CAN HMI)传送至轮胎压力监测控制单元N88。奔驰车系轮胎监测系统(RDK)的工作原理图如图5所示。

轮胎压力监测控制单元N88持续评估轮胎压力传感器A69/X监测到的无线电数据信息电码。如果监测到某个轮胎出现相应的压力损失，则轮胎压力监测控制单元N88将显示警告信息的请求通过用户界面控制器区域网络(CAN HMI)传送至仪表盘A1。仪表盘A1显示一条警告信息，并促动轮胎压力监测警告灯。

根据压力损失的多少和快慢，警告信息分为3种情况：轻度警告(压力损失处于14%~20%之间，应及时校正轮胎压力)、严重警告(压力损失大于20%，应及时检查轮胎)、泄漏检测(快速压力损失)(压力损失速度达到20kPa/min，应注意轮胎故障)。

1.轻度警告

在行驶过程中，轮胎会随着时间的推移通过扩散而漏气，当压力损失处于14%~20%，且持续时间达到8min，系统会发出轻度警告，通知驾驶员应及时校正轮胎压力。如果充气至规定压力、检测到自动充气完成或手动重新启动，则仪表盘上的警告信息将会被取消。

2.严重警告

车辆行驶过程中，如果轮胎压力损失超过20%，则最迟5min后，仪表盘上显示一条严重警告信息，且轮胎压力监控系统警告指示灯亮起。而且下一次行驶循环期间，轮胎压力监测警告指示灯保持促动状态，直至轮胎排除被故障。如果当前轮胎压力充气至规定压力、系统检测到自动充气完成或手动重新启动轮胎压力监控系统，则轮胎压力监测警告指示灯自动熄灭，警告信息也会消失。

3.泄漏检测(快速压力损失)

如果在行驶过程中，系统监测到某一时间段出现快速的压力损失(大于20kPa/min)，则系统判定轮胎存在故障。这种情况下，即使轮胎压力损失未达到严重警告的触发阈值，系统也会触发泄漏检测警告。通常最迟会在压力损失速度达到20kPa/min后120s发出警告，并在仪表盘上显示警告信息“注意! 轮胎发生故障”(Attention tire defect)。

如果当前轮胎压力充气至规定压力、系统检测到自动充气完成或手动重新启动轮胎压力监控系统，则轮胎压力监测警告信息也会消失。

另外，当系统监测到泄漏之后再开启点火开关时，仪表盘中的轮胎压力监测警告指示灯首先亮起。如果行程开始后，压力再次与规定值一致，则轮胎压力监测警告指示灯熄灭。

需要注意的是，重新启动轮胎压力监测系统RDK时，驾驶员设定的轮胎压力将被轮胎压力监测控制单元N88当作新的设定值。转向柱管模块控制单元N80通过方向盘控制器区域网络CAN LR(始自2018年6月1日)或转向系统局域互联网LIN(截至2018年5月31日)读取信号，并将其通过悬挂FlexRay、电子点火开关控制单元和用户界面控制器区域网络CAN HMI发送至仪表盘。系统根据重新启动时的压力值确定警告压力阈值，立即通过仪表盘发送到控制单元。控制单元会对新的压力值进行长达5min(从行程开始时算起) 过滤，并检查其合理性。随后，各车轴上的平均压力值被作为压力监测系统新的设定值存储起来。

在行程开始时，如果监测到至少2个车轮的压力变化大于20kPa，系统就会执行自动充气检测。自动充气检测时，系统会调用温度补偿值和经过滤的压力值，并与上一行程中的数值进行比较。行驶大约5min左右，系统成功进行合理性检查后，会将新的轮胎压力自动用作设定值。如果左、右侧轮胎压差大于17%将被视作不合理。

关闭点火开关后，轮胎压力监测控制单元N88会继续运行19min，并通过无线电频率接收来自轮胎压力传感器的信号，之后用户界面控制器区域网络(CAN HMI)进入休眠模式。驻车时间超过19min后，当车辆重新开始行驶时，轮胎压力传感器会自动执行检测和定位。最多行驶9min后，系统会自动重新进行学习，以自动识别每个TPMS传感器，确定其在车辆上的位置，并显示在仪表盘上。这个过程无需人工干预。

从2016年上市的全新E级车(213)起，奔驰轮胎压力监测系统开始采用了PAL(Phase Angle Location)相位角定位技术(图6)，用来定位每个传感器的位置。

PAL相位角定位技术不仅需要4个轮胎压力传感器A69/X传输的信号，还要接合ABS制动系统的4个轮速传感器A6/X的数据，才能实现对每个传感器的定位。车轮每旋转一圈，车轮脉冲计数器就会发出96个脉冲信号，系统再将脉冲信号转化为车轮的角度位置。轮胎压力监控系统控制单元N88利用磁阻式轮速传感器L6/X读取的车轮脉冲计数器数据，以及轮胎压力传感器A69/X传输的轮胎压力、温度、位置和旋转方向等数据，进行数据融合和分析。借助PAL(相位角定位)技术，车辆以超过35km/h的速度行驶大约10min后，就可以准确地识别TPMS传感器的位置和压力，并在仪表盘上显示出来。如果行驶在崎岖不平的路面上，系统的定位功能可能会受到影响。

如果轮胎压力传感器需要进行学习，则可以使用诊断仪在“控制单元自适应”(Control unit adaptations)菜单，“写入车轮电子装置识别号”(Write wheel electronics identification number)子菜单中执行学习过程。

另外，奔驰轮胎压力监测系统RDK还具备引导式手动轮胎压力降低程序。通过逐个释放气压使轮胎压力传感器发送数据日志，随后轮胎压力监测控制单元根据数据日志可保存各传感器的序列号，并识别正确的车轮位置。如要显示胎压，则必须要释放至少30kPa的气压。

如果使用触发工具(MB3000或TPM PAD VT66MB)，则无需降低轮胎压力，就可依次触发各轮胎压力传感器发送数据日志，控制单元通过此协议读取所需的传感器ID识别号，按上述步骤进行传感器学习，并将ID号写入控制单元N88。这样，只需行驶2min就可以正常显示胎压。

如果更换了轮胎压力监测系统控制单元N88，则必须使用诊断仪执行引导型“试运行”过程。

虽然轮胎压力传感器会同时发送轮胎压力及温度数据，但仅在车速超过180km/h时才会发出温度警告。在轮胎温度接近限值时，仪表盘上对应的轮胎会显示为黄色；超过限值时则显示红色，并发出警告信息。如果2min后，仍显示“轮胎过热”的警告信息，系统将会显示“降低车速”的提示信息并发出警告音。当车速降至100km/h以下时，提示信息将会消失，并重新显示轮胎温度。

轮胎压力传感器以10%的增量发送电池状态信号，系统将计算并显示传感器电池的剩余使用寿命。如果轮胎压力监测控制单元反复从至少一个轮胎压力传感器收到电量低的信息，则会存储故障码。

(未完待续)