龔鈴，張正軒

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

車用輪胎壓力與溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究

龔鈴，張正軒

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

汽車胎壓監(jiān)視系統(tǒng)主要用于在汽車行駛時(shí)實(shí)時(shí)地對(duì)輪胎氣壓、溫度進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)輪胎漏氣、氣壓異常、高溫進(jìn)行報(bào)警。制動(dòng)系統(tǒng)的性能與駕乘人員安全密切相關(guān)，因此制動(dòng)氣壓的精準(zhǔn)性是一個(gè)非常重要的問題。

胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；制動(dòng)安全性

CLC NO.:U461.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-41-03

前言

汽車在高速行駛過程中，輪胎故障是殺傷力最大和難以預(yù)防的事故隱患，是交通事故發(fā)生的重要原因之一。在中國(guó)46%的高速公路交通事故是由輪胎故障引起的，這其中爆胎一項(xiàng)就占總數(shù)的70%。試驗(yàn)證明，80%的輪胎爆胎是有預(yù)兆的，至少在爆胎前一個(gè)小時(shí)，輪胎的胎內(nèi)壓力和溫度會(huì)出現(xiàn)異常。這為實(shí)現(xiàn)輪胎爆胎預(yù)警提供了技術(shù)上的支持。因此TPMS汽車輪胎智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為汽車三大安全系統(tǒng)之一，與汽車安全氣囊、防抱死制動(dòng)（ABS）系統(tǒng)一起被大眾認(rèn)可并受到重視。

1、法規(guī)研究

在美國(guó)，由于1990年的FIRESTONE輪胎召回事件（爆胎翻滾造成100多人死亡），TREAD法案強(qiáng)制安裝TPMS系統(tǒng)；NHTSA（美國(guó)高速公路安全管理局）在2005年4月頒布法案，要求自2007年9月1日起，在美國(guó)銷售的4.5噸以下的輕型機(jī)動(dòng)車需要配置TPMS。

在歐盟，2009年3月歐盟的ECR-64法案，要求在2012年11月，所有在歐盟核準(zhǔn)的新車型均要具備任意一個(gè)輪胎氣壓低于推薦值20%時(shí)，在10分鐘內(nèi)要報(bào)警。

在亞洲，韓國(guó)要求2012年1月起所有新車型必須加裝，2014年6月起所有已注冊(cè)車型必須加裝；中國(guó)2011年1月頒布TPMS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26149-2010。

2、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由胎壓監(jiān)測(cè)模塊、接收器模塊和現(xiàn)實(shí)模塊組成。監(jiān)測(cè)模塊安裝在輪胎內(nèi)部或車輪表面、測(cè)量車輛輪胎壓力參數(shù)并進(jìn)行信息傳輸；接收模塊用于接收胎壓監(jiān)測(cè)模塊發(fā)來的信息并向現(xiàn)實(shí)模塊發(fā)送信號(hào)；顯示模塊用于顯示報(bào)警指示圖

形符號(hào)、文字或數(shù)值等信息的裝置。需要指出的是，商用車車體較長(zhǎng)，尤其是半掛牽引車，如果監(jiān)測(cè)模塊采用RF射頻進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送，需要在掛車底盤加裝一個(gè)中繼器，將掛車輪胎上的信號(hào)進(jìn)行接收、放大并傳輸給接收器。如圖1。

中繼器接收實(shí)線框中的監(jiān)測(cè)模塊的溫度壓力值，接收器接收虛線框中的監(jiān)測(cè)模塊的溫度壓力值，中繼器將信號(hào)放大傳輸給接收器。

3、監(jiān)測(cè)模塊和接收模塊原理

3.1 監(jiān)測(cè)模塊工作原理

監(jiān)測(cè)模塊由內(nèi)置電池提供電源，傳感器監(jiān)測(cè)輪胎內(nèi)部的加速度、溫度、壓力值，同時(shí)帶有LF接收器，接收LF激勵(lì)信號(hào)，通過天線將傳感器信息以射頻信號(hào)發(fā)送出去。

3.2 接收模塊工作原理

接收模塊利用內(nèi)置的RF接收器接收到溫度壓力等信息，通過微處理器將溫度壓力值打包，用報(bào)文的方式發(fā)送到總線上，車載顯示屏或儀表接收?qǐng)?bào)文信息顯示相應(yīng)值。

4、TPMS系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)

4.1 硬件設(shè)計(jì)

以商用車為例：監(jiān)測(cè)模塊采用英飛凌SP37T，集成測(cè)試環(huán)境氣壓的壓力傳感器，Z軸及速度傳感器，溫度和電源電壓傳感器，擁有16K Byte ROM和256 Byte RAM，集成434MHz射頻發(fā)射和125KHz低頻接收。

接收模塊采用英飛凌TDA5210，擁有400-440MHz和810-870MHz的可選載波范圍，兼容FSK和ASK解調(diào)方式，F(xiàn)SK接收靈敏度小于-100dBm，ASK接收靈敏度小于-107dBm，集成VCO和PLL。

4.2 軟件設(shè)計(jì)

1）TPMS接收模塊的軟件控制策略及通信協(xié)議：在TPMS接收機(jī)內(nèi)部調(diào)整結(jié)束之后，就可以實(shí)現(xiàn)輪胎的辨別與通信處理，輪胎位置自動(dòng)識(shí)別的實(shí)現(xiàn)，主要是TPMS接收機(jī)利用低頻觸發(fā)器的作用，把低頻無(wú)線信號(hào)放大處理，以保證輪胎的ID信息和氣壓數(shù)據(jù)得以處理返回，保證TPMS接收機(jī)對(duì)輪胎的參數(shù)和位置實(shí)施處理。網(wǎng)絡(luò)通信主要有網(wǎng)絡(luò)管理幀、數(shù)據(jù)處理、故障診斷。

2）監(jiān)測(cè)模塊的軟件控制策略及通信協(xié)議：對(duì)于無(wú)線傳感器而言，軟件控制常涉及到初始化、中斷喚醒、參數(shù)測(cè)試、數(shù)據(jù)解調(diào)等。處于運(yùn)行中的無(wú)線傳感器功能優(yōu)越，不僅能對(duì)氣壓、溫度實(shí)施檢測(cè)，還能處理相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，若感應(yīng)到數(shù)據(jù)中氣壓值或相關(guān)參數(shù)存在異常情況，則會(huì)給出對(duì)應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，并利用無(wú)線途徑對(duì)報(bào)警信息及時(shí)處理，此后才進(jìn)入睡眠狀態(tài)。

由于監(jiān)測(cè)模塊發(fā)車的射頻信號(hào)容易受到干擾，解調(diào)后的數(shù)字信號(hào)會(huì)出現(xiàn)毛刺，如圖4，普通的電平或沿跳變判斷算法無(wú)法過濾毛刺，導(dǎo)致數(shù)據(jù)解析錯(cuò)誤。采用定點(diǎn)采樣解碼算法來規(guī)避干擾：定點(diǎn)采樣算法依據(jù)解調(diào)后的數(shù)字信號(hào)特征，設(shè)計(jì)采樣點(diǎn)及采樣間隔，如圖5，通過對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行濾波處理，正確解析數(shù)字信號(hào)。

5、TPMS系統(tǒng)在輪胎防盜中的設(shè)計(jì)探討

國(guó)標(biāo)GB/T 26149-2010 在4.2.4條中規(guī)定TPMS應(yīng)具有故障報(bào)警功能，系統(tǒng)運(yùn)行后，當(dāng)系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障時(shí)應(yīng)在10min內(nèi)發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)。當(dāng)停車時(shí)，若輪胎被盜，接收模塊就接收不到監(jiān)測(cè)模塊的溫度壓力信號(hào)，即認(rèn)為輪胎被盜。考慮到10分鐘的時(shí)間可以滿足盜竊者卸下輪胎螺母成功盜走輪胎，可將故障報(bào)警時(shí)間縮短到5分鐘。默認(rèn)接收模塊3次未收到溫度壓力信號(hào)即報(bào)警，這就要求接收模塊工作時(shí)間增加，監(jiān)測(cè)模塊的發(fā)射周期、接收模塊平均功耗和監(jiān)測(cè)模塊壽命存在以下關(guān)系：

表1

可見，平均功耗和監(jiān)測(cè)模塊壽命成反比關(guān)系，在實(shí)際應(yīng)用中，要充分結(jié)合車輛實(shí)際情況設(shè)計(jì)合理的報(bào)警時(shí)間。

6、結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了車用輪胎壓力與溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)衍生的背景，工作原理及方法，運(yùn)用合理的軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)在車輛上的運(yùn)用，實(shí)時(shí)監(jiān)控制動(dòng)氣壓和溫度，保證制動(dòng)性能，為駕乘人員提供了安全保障。

[1] 彭何歡，鄭紅平，麻則運(yùn).基于CAN總線與無(wú)線傳感器的轎車胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng).臨安.浙江農(nóng)林大學(xué).2011.

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圖8 是支架優(yōu)化后緩加速工況下車內(nèi)噪聲測(cè)試聲壓曲線。從圖8與改進(jìn)前圖2相比中8可以看出，改進(jìn)后此工況下車內(nèi)聲壓級(jí)在3860轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)無(wú)峰值，且車內(nèi)聲壓級(jí)減少4 dB（A） 左右。

5、結(jié)論

通過有限元軟件，結(jié)合試驗(yàn)測(cè)試對(duì)某汽車動(dòng)力總成懸置支架進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。動(dòng)力總成懸置系統(tǒng)NVH性能道路試驗(yàn)結(jié)果表明，全油門緩加速工況，優(yōu)化后懸置支架在頻率260Hz左右處的共振帶有明顯改善，車內(nèi)聲壓級(jí)在3860轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)無(wú)峰值，且減少4 dB（A） 左右，整車在此工況下260Hz左右的振動(dòng)和車內(nèi)噪聲明顯改善。優(yōu)化結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析表明, 本文建立的懸置支架優(yōu)化設(shè)計(jì)方法對(duì)懸置支架的設(shè)計(jì)分析是有效的。

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Automobile Tire pressure and temperature Monitoring Research

Gong Ling, Zhang Zhengxuan
（Shaanxi Heavy Duty Aotomobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200）

Automobile tire pressure and temperature monitoring system is mainly used in real time automatic monitoring the vehicle tire pressure and temperature. Also warning when the tire is leaking、pressure abnormal、high temperature.The performance of the brake system is closed related to driving safety，so the brake pressure accuracy is an important problem.

TPMS；Brake systems security

U461.3

A

1671-7988(2014)07-41-03

龔鈴，就職于陜西重型汽車有限公司。