TPMS胎压检测系统介绍及工厂实施方案

宋明益

摘 要：TPMS（Tire Pressure Monitoring System）作为一种轮胎压力监测系统，可以进行轮胎压力和温度等状态的监测和异常情况的报警，提醒驾驶人及时处理，提高汽车驾驶的安全性、经济性和舒适性，是智能轮胎技术的一个非常重要的应用。本文从TPMS类型、胎压传感器信号解析、工厂标定环境要求三个方面展开分析，目的为TPMS在工厂内标定提供一个较为理想的实施方案。

关键词：TPMS 信号解析 工位布置

1 引言

本文介绍了常见的TPMS类型、TPMS胎压传感器技术要求、天线板布置方式及成功率影响因素分析，为在具有TPMS检测要求的主机厂提供建议及规划指导。

2 TPMS介绍

2.1 TPMS工作原理

待检车辆在主线工位移动，TPMS设备根据车辆位置依次触发左前，右前，左后，右后4个胎压传感器，读取胎压ID值并上传对应系统。

a） 针对不同形式的胎压传感器（轴向、切向）天线板采用不同线圈发射低频信号激活胎压传感器。

b） 传感器被激活后返回带有胎压、胎温、轮胎ID信息的高频信号，不同供应商采用不同的胎压通讯协议。

c） 天线板是通过控制低频信号的影响范围来控制读取的轮胎（即防读穿）。

d） 任何标示位相同，频段一致的高频信号都会被天线板识别读取。

2.2 TPMS类型

主要类型包括间接式TPMS、直接式TPMS、混合式TPMS和无源式TPMS[1]。

a）间接式TPMS

通过车辆ABS上系统上的轮速传感器来比较四只轮胎的转速来实现欠压报警：如果其中一只轮胎气压降低，车辆重量会使该轮直径变小，行驶相同的距离该车轮转速就会与其他车轮不同，当差别很大时就仪表就会发出异常胎压报警。

b）直接式TPMS

通过安装在轮胎里的压力传感器來直接测量轮胎的气压、温度等信息，利用无线发射器将压力等信息从轮胎内部发送给中央接收器单元，在仪表盘显示每个轮胎的气压数据，当轮胎气压过低或漏气时系统会自动报警[2]。

c）混合式TPMS

是结合直接式TPMS和间接式TPMS的优点而提出的一种TPMS结构。

d）无源式TPMS

为一种无电池的TPMS，通过能量收集器、电磁耦合或无源无线声表面波器件为TPMS的轮胎模块提供能量，实质上也是一种直接式TPMS，为了区别于采用电池供电的直接式TPMS，称为无源TPMS。

3 TPMS传感器分析

3.1 胎压传感器类型介绍

常见的胎压传感器分为切向传感器和轴向传感器。

a）切向传感器

胎压传感器内含天线线圈垂直于传感器气门嘴杆方向，安装在轮胎上后，平行于车轮。工厂TPMS设备测试时，天线板需发射切向磁场，使其通过天线线圈产生感应电动势。

b）轴向传感器

胎压传感器内含天线线圈平行于传感器气门嘴杆方向，安装在轮胎上后，垂直于车轮。工厂TPMS设备测试时，天线板需发射轴向磁场，使其通过天线线圈产生感应电动势。

3.2 胎压传感器信号解析

胎压传感器通讯协议一般会由主机厂定义各自平台化LF/RF协议，下文举例介绍了一种LF/RF协议通讯log中各字段的定义说明。

a）LF信号

前导码16bit，同步段9bit，Wake Up ID 16bit（LF信号前8bit为0xFFF7，后8bit为指令），用户段Data 16bit。除了Wake Up ID后8bit代表具体指令，其余在LF信号中不代表具体信息。

b）RF信号

前导码16bit，ID 32bit，压力8bit，温度8bit，加速度8bit，工厂信息8bit，功能8bit，CRC 8bit。

4 TPMS工位布置

4.1 设备安装要求

本节主要介绍工厂设备安装注意事项及关键点。

a） 胎压天线板安装高度根据车间实际抱具上整车高度进行设置，要求保证轮胎全部位于天线板范围内；

b）胎压天线板距离轮胎（200-500）mm，实际距离需根据现场车型调试进行设置，要求满足该车间所有在产车型的TPMS匹配距离；

c） 胎压天线板支架不能形成回路；

d） 胎压光电开关安装位置：RFID（射频识别技术，主机厂多采用此方式识别车辆）触发开关距离天线板不超过500mm，轮胎检测触发开关放置天线板边缘；

e） 安装环境要求工位周边无强磁、强电干扰；

f）设备集成厂家需保证RFID读取合格率100%（除人为因素干扰）；

g） 控制软件策略，通过胎压激活设备来获取传感器ID值；

h）车辆轮胎检测光电开关采用对射方式；

4.2 设备地面布置方式

本节介绍TPMS设备地面布置方式

a） 线体运行节拍/速度：根据基地主线速度调整；

b） 线体上安装设备区域不得有其他高频设备使用，避免信号干扰；

c） 设备安装工位区域需长度6300mm，宽4600mm的直线距离，工位旁需预留0.5m2-1m2布置机柜；

d） 设备区域内禁止其他装配操作或者人员进入，建议增加围栏并设警示提醒牌；

e） 地面布置建议选择最终线第一个工位，避免人为因素的干扰；

4.3 设备空中布置方式

本节介绍TPMS设备空中布置方式。

a） 线体运行节拍/速度：根据基地主线速度调整；

b） 线体上安装设备区域不得有其他高频设备使用，避免信号干扰；

c） 设备安装工位区域需长度6300mm，宽4600mm的直线距离，工位旁需预留0.5m2-1m2布置机柜；

d） 设备区域内禁止其他装配操作或者人员进入，建议增加围栏并设警示提醒牌；

e） 高平台工位线体需设置变频电机或者工频电机（速率匹配主线节拍），控制车辆均速通过胎压设备，要求其速度运行的线体长度不小于8000mm；

f） 设备安装区域单侧要求承重需满足不小于1000kg；

g） 天线板距离轮胎小于500mm；

h） 高平台U形线体设备布置：并行线体需间隔距离至少大于6000mm，同时建议线体内测天线板外侧增加铁栏杆或铁网；

i） 车辆轮胎需平行于天线板进入测试区域；

5 成功率影响因素分析及优化方向

5.1 成功率影响因素分析

a）天线板与车的距离

对于轴向传感器，距离越近信号强度越大，影响范围越大。当发送的低频信号影响到对侧轮胎时，如果对侧轮胎较本侧轮胎更灵敏，此时就会发生左右轮串读现象。

对于切向传感器，由于其信号方向平行天线板，如要使本侧胎压有足够强度的信号被激活，天线板越远，信号影响范围越大，极有可能导致前后轮串读现象发生。

b）左右天线板径向距离

天线板径向距离过大可能会造成前车还未完成测试循环，后车已读取到VIN而开始测试造成前后车干扰。

天线板径向距离过小易导致信号区重叠而导致干扰。

c）RFID光电开关距离

RFID光电距离过远也容易导致前后车干扰现象。

d）工位长度

若工位长度相对较小，所生产车型车长相对又较大，则前后车间距小，易造成前后车干扰。

e）车轮光电开关距离

车轮光电开关距离板来向板边缘过远，在工位较小的情况下也会存在前后车干扰的可能性。

f）人员因素

当前车辆在测试循环中，人员闯入胎压测试区域误触发结束对射传感器，则会导致RFID误读取下台车，而产生前后车干扰现象。

g）线速

线速是影响TPMS成功率的最大因素，线速过快会导致车轮停留天线板区域时间短，胎压激活時间不够，或者天线板初始化完毕后轮胎已离开最佳激活区域而造成胎压合格率下降。

h）信号干扰

天线板周围存在其他低频信号，存在信号干扰，导致激活胎压传感器成功率下降。

5.2 胎压合格率优化方向

表1总结了TPMS胎压设备常见优化方向。

6 结语

TPMS胎压监测系统作为汽车安全系统之一，在汽车发展日新月异的今天，已经越来越受到相关方的重视[3]。本文从TPMS系统原理切入，简单阐述了胎压传感器信号类型及工厂布置方式和优化方式，为各需求方后续TPMS设备规划提供相关内容的参考。

参考文献：

[1]范勇. 单向通信汽车轮胎压力监测系统设计及实现技术研究 . 重庆大学，2007.

[2]李东锦. 胎压监测系统的研究. 成都理工大学，2014.

[3]余超. 基于无线传输的轮胎压力监测系统的研究. 桂林电子科技大学，2012.