一种符合国标要求的乘用车胎压监测系统设计

李宽　李雨龙

【摘  要】作为汽车重要的组成部分，轮胎性能主要考量的因素是轮胎的气压，轮胎的气压会影响轮胎的使用性能并且降低其使用寿命，最终影响到行车安全。随着市场和技术的发展，胎压监测系统已经成为强制性国标要求，所有M1类车辆必须装备有符合国标的胎压监测系统。本文从国标要求出发，介绍一种符合国标要求的乘用车胎压系统设计，为主机厂提供参考。

【关键词】胎压；国标；胎压报警

中图分类号：U463.341    文献标志码：A    文章编號：1003-8639（ 2023 ）08-0059-02

Design of a Tire Pressure Monitoring System for Passenger Vehicles Meeting

the Requirements of the National Standard

LI Kuan，LI Yu-long

（Development Department，FAW Bestune Car Co.，Ltd.，Changchun 130012，China）

【Abstract】As an important part of the automobile，the main factor to consider the tire performance is the tire pressure，which will affect the tire performance and reduce its service life，and ultimately affect the driving safety. With the development of market and technology，the tire pressure monitoring system has become a mandatory national standard requirement. All M1 vehicles must be equipped with a tire pressure monitoring system that conforms to the national standard. This paper introduces the design of a passenger vehicle tire pressure system that meets the requirements of the national standard and provides a reference for the OEMs.

【Key words】tire pressure；national standard；tire pressure alarm

轮胎作为汽车重要的部件之一，不仅关系到汽车的操控性能，更关乎驾乘人员的生命安全。轮胎故障是交通事故发生的重要原因之一，特别是在高速、高温和重载的情况下，轮胎的胎压稳定性对于车辆安全至关重要。

随着经济和技术的发展，越来越多的车辆配置了胎压监测系统，来避免行车胎压问题。相应的胎压国家标准也从推荐性标准变为强制性标准。

各整车厂也随之开发和配置符合国标要求的胎压监测系统，来满足用户需求，提高行车安全性。

1  国标要求分析

汽车胎压系统需要遵循国标GB 26149《乘用车轮胎气压监测系统的性能要求和试验方法》。历史沿革有2010和2017两种版本，最新应该遵循GB 26149—2017版本要求：自2019年1月1日起，中国市场所有新认证乘用车必须安装胎压监测；自2020年1月1日起，所有在产乘用车开始实施强制安装。

对比2010和2017两种版本，由原来的推荐性国家标准变为强制性国家标准；适用范围由原来的M和N类车辆变为适用于M1类车辆；由于是强制性标准，2017版本只规定了与安全相关的欠压报警、故障报警和开机检查信号装置等核心功能要求和试验方法；并增加了轮胎气压监测系统的分类。

2  胎压系统介绍

轮胎气压监测系统（Tire Pressure Monitoring Systems）TPMS是安装在车辆上能实时监测轮胎气压参数，并以视觉信号（也可包括听觉信号）进行显示和报警，以提高汽车行驶安全性，并减少因气压不足或过高造成轮胎加速磨损和车辆能耗增加的辅助系统。

2.1  Ⅰ类轮胎气压监测系统

一般认为Ⅰ类轮胎气压检测系统为直接式胎压监测系统。直接式胎压监测主要由胎压传感器、报警控制器和报警显示单元构成，是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，使用无线发射原理将压力信息从轮胎内部发送到控制器模块上，然后对各轮胎气压数据进行显示和分析，并对异常进行报警。

直接式胎压系统优点是响应快、直观准确，可以直接显示胎压具体数值，缺点是成本较高。

2.2  Ⅱ类轮胎气压监测系统

一般认为Ⅱ类轮胎气压检测系统为间接式胎压监测系统。间接式胎压监测系统是通过ABS/ESC系统的轮速传感器信号和侧向加速传感器信号来比较和分析轮胎之间的转速差别。当轮胎压力降低时，车辆的质量会使轮胎直径变小，通过这种变化来触发欠压报警。

间接式胎压系统的优点是成本低，但是缺点也很明显，无法确定故障轮胎位置，反应慢，报警不及时；系统标定复杂，在某些特殊地形时，容易出现误报；在一些特定情况下，系统还会出现无法正常工作的情况，例如，当同一轴的2个轮胎的气压同步较低时，就不会报警。

由于Ⅰ类轮胎气压监测系统响应快速，性能更优秀，本文以I类为例进行系统设计分析。

3  轮胎气压监测系统功能设计

1）开机自检功能主要是检查报警信号显示装置的可用性。当车辆点火开关ON（RUN）状态时，需要点亮报警灯以检查报警灯是否工作正常；检查完毕后，报警灯应该熄灭。

2）欠压（under inflation）是指轮胎气压小于或等于车辆推荐轮胎气压（Prec）的75%。I类TPMS系统需要在欠压发生的10s内发出光学报警信号，并指示出欠压轮胎的具体位置。

3）TPMS系统需要具备基本的故障檢测功能，并在发生故障的10min内点亮故障报警信号。故障包含胎压传感器电池无电或电量低，车辆安装了与TPMS系统不兼容的轮胎，胎压传感器信号丢失，接收到的压力值错误等。

4  轮胎气压监测系统设计

I类轮胎气压监测系统主要由胎压监测模块、报警控制器和报警显示单元构成。

4.1  胎压传感器

胎压传感器安装在汽车轮胎上，能够准确测量轮胎内部的压力，传感器通过无线形式按照一定的规律向报警控制器发送预处理的报警信息和轮胎的压力值。如图1所示。

胎压传感器需具备如下能力。

胎压传感器随时监控轮胎气压状况，并对所监控的数据进行预处理，可识别胎压是否处于欠压状态。

胎压传感器内部应该有加速度传感器，可识别轮胎旋转加速度，能够识别出车辆处于运行状态还是低速或停止状态。

胎压传感器具备无线发射模块，能够以433Hz频率发送胎压信息，为节省胎压传感器电池能源，无线发射模块设计了报警模式、正常模式、红灯模式和休眠模式。

1）报警模式：当胎压传感器监测到轮胎欠压，进入报警模式，以1s为周期发送报警信息，持续1min。在1min后，恢复到正常模式。当轮胎胎压变化较大（通常取胎压变化大于30kPa），为更新胎压值，也需要进入报警模式。

2）正常模式：加速度传感器识别到车辆正常高速行驶，且监控的轮胎气压非欠压状态，胎压信息以180s的周期发送。

3）红灯模式：加速度传感器识别到车辆低速行驶或停止，且监控的轮胎气压非欠压状态，此时进入红灯模式，胎压信息以180s的周期发送，保持10min后进入休眠状态。

4）休眠模式：休眠模式下，无线发射模块不工作，降低电能消耗。当收到低频触发命令时，比如车辆在产线使用触发工具触发和匹配的情况下，才会立即发送1包数据。

4.2  报警控制器

为降低成本在实际实现过程中报警控制器功能通常由车身控制单元（BCM）完成。通过无线方式接收胎压和胎压报警信息，并对信息进行判断处理，并通过总线发送报警和胎压信息给报警显示单元显示。报警控制器需要具备如下能力。

1）报警信息处理：由于车辆高速行驶且道路坑洼情况不同，胎压传感器有误进入报警模式的情况。为避免误报警，报警控制器需要对报警信息进行处理。通常原则为连续5帧的胎压值持续小于等于标准轮胎气压值的75%+7kPa，则判定欠压报警。如果再次收到该轮胎有3帧胎压值大于标准轮胎气压值的75%+7kPa，则停止报警。

2）系统故障判断：当报警控制器接收到的压力值错误；车辆运行状态下长时间传感器信号丢失；收到任一传感器电池电量低；任一传感器未学习等问题时，报警控制器需要发出系统故障信息给报警显示单元进行故障显示。

3）胎压记忆功能：为节省胎压传感器电池电能，胎压传感器会进入休眠模式，不会发送胎压信息，此时需要使用报警控制器记录的胎压值进行显示。系统运行状态下，接到胎压信息后，需记录并更新当前每个轮胎的气压值。当未接到胎压信息更新时，调用最后一次记录的轮胎数据作为缺省值显示。

4.3  报警显示单元

报警显示单元通过总线接收报警控制单元的信息，负责对胎压值和报警信息的显示。通常显示功能集成在汽车仪表里。对于I类TPMS系统，不仅需要显示报警信息，而且还需要显示报警轮胎具体位置。显示方式如图2、图3所示。

5  减少电能消耗设计

胎压传感器设计寿命一般要求为≥8年或10万公里，以车辆每天行驶4h，每月行驶30天计算。

以英飞凌SP40+胎压传感器芯片为例，其射频发射电流=7mA，静态电流=0.7μA，可见传感器主要能源消耗在发射过程。

为减少发射电能消耗，一般无线发射采用FSK调制方式，9.6kb/s，每包6帧，正常工作情况下180s发射一次。

6  结束语

本文设计了一种符合国标要求的乘用车胎压监测系统，主要讲解了从推荐性国标到强制性国标的变化内容。设计满足强制性国标最低要求的胎压系统功能，设计了由胎压传感器、报警控制器、报警显示单元构成的胎压监测系统，并对如何提高胎压传感器系统设计寿命进行了讨论。

参考文献：

[1] GB 26149—2010，乘用车轮胎气压监测系统的性能要求和试验方法[S].

[2] GB 26149—2017，乘用车轮胎气压监测系统的性能要求和试验方法[S].

（编辑  杨  景）

作者简介

李宽（1985—），男，工程师，研究方向为汽车电气领域，完成多款车型的T-BOX、BCM设计开发、项目管理工作。