王玉磊 劉兵 楊清凱 段國浩 王洪巖

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司）

輪胎氣壓作為影響輪胎性能和汽車安全的重要指標(biāo)和參數(shù)，對汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和行車安全有著重要影響。當(dāng)輪胎氣壓過低時(shí)，輪胎自身結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力就會向不理想的方向發(fā)展，會增加輪胎爆胎風(fēng)險(xiǎn)，給汽車行車帶來安全隱患。乘用車在使用過程中由于輪胎欠壓引發(fā)的交通事故比比皆是。2017年10月發(fā)布的強(qiáng)制性國家法規(guī)GB 26149—2017《乘用車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的性能要求和試驗(yàn)方法》對我國的M1 類車輛胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）的性能提出明確規(guī)定。Ⅱ類TPMS 產(chǎn)品在TPMS 產(chǎn)品中占據(jù)較大市場，因其原理的不同，其性能采用GB 26149—2017 標(biāo)準(zhǔn)檢測的表現(xiàn)各異[1-2]。文章依據(jù)GB 26149—2017 對市場上的Ⅱ類TPMS 產(chǎn)品的裝車性能進(jìn)行分析和試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 Ⅱ類胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的原理及性能

根據(jù)TPMS 的原理和功能，GB 26149—2017《乘用車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的性能要求和試驗(yàn)方法》[2]中將TPMS 分為了Ⅰ類和Ⅱ類。現(xiàn)階段多數(shù)胎壓監(jiān)測系統(tǒng)屬于Ⅱ類胎壓監(jiān)測系統(tǒng)，其中含有直接式和間接式2 種原理的系統(tǒng)。

1.1 Ⅱ類胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的性能要求及試驗(yàn)方法

1.1.1 性能要求

文獻(xiàn)[2]中對Ⅱ類TPMS 的性能要求如下：

1）單胎欠壓狀態(tài)欠壓報(bào)警時(shí)間限值為10 min，顯示標(biāo)準(zhǔn)中的報(bào)警信號。

2）多胎欠壓狀態(tài)欠壓報(bào)警時(shí)間限值為15 min，顯示標(biāo)準(zhǔn)中的報(bào)警信號。

3）系統(tǒng)自身故障要求報(bào)警時(shí)間限值為10 min，顯示信號的表示方式需要明確區(qū)別于氣壓標(biāo)準(zhǔn)的表示，并在產(chǎn)品使用說明書中說明。

4）圖1 示出2 種不同的TPMS 報(bào)警信號標(biāo)志。Ⅱ類TPMS 報(bào)警信號要求：必須包含圖1a，可配備圖1b 或經(jīng)修改的接近車輛真實(shí)外形的類似圖1b 的標(biāo)志，圖1b（含修改）應(yīng)在欠壓報(bào)警時(shí)明確指出欠壓輪胎的具體位置。

圖1 2 種不同的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）報(bào)警信號標(biāo)志

1.1.2 試驗(yàn)方法

文獻(xiàn)[2]中對Ⅱ類TPMS 的試驗(yàn)方法如下：

1）試驗(yàn)進(jìn)行前將車輛靜置至少1 h；

2）將輪胎氣壓調(diào)整到車輛試驗(yàn)載荷對應(yīng)的汽車推薦輪壓（Prec）；

3）如有必要，重置TPMS；

4）按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的目標(biāo)車速在道路上累積行駛正向10 min，反向10 min，系統(tǒng)在這累積的20 min 內(nèi)會發(fā)生變化，輪胎自身胎壓和胎溫升高并達(dá)到一個(gè)相對的穩(wěn)定狀態(tài)，系統(tǒng)會采集這20 min 的數(shù)據(jù)，用來推算推薦輪胎氣壓值和欠壓值；

5）在5 min 內(nèi)將胎壓調(diào)整到（75%Prec-7）kPa；

6）調(diào)整結(jié)束后按規(guī)定車速繼續(xù)行駛直至系統(tǒng)報(bào)警，記錄從達(dá)到欠壓狀態(tài)到系統(tǒng)報(bào)警的時(shí)間。

為按標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)?zāi)芰Γ芯看罱ǔ觫蝾愄罕O(jiān)測系統(tǒng)性能試驗(yàn)用儀器，如圖2 所示。

圖2 Ⅱ類胎壓監(jiān)測系統(tǒng)性能試驗(yàn)儀器

該儀器性能如下：

1）設(shè)備滿足在汽車行駛過程中執(zhí)行欠壓操作；

2）自動(dòng)精確控制輪胎氣壓，操作及測量總誤差不超過3 kPa；

3）所有輪胎氣壓測量參數(shù)出自同一壓力測量設(shè)備；

4）試驗(yàn)系統(tǒng)具備自動(dòng)計(jì)時(shí)能力。

1.2 直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的原理及性能[3-5]

直接式TPMS 通過輪胎內(nèi)部的氣壓傳感器測得胎壓數(shù)據(jù)，并將胎壓數(shù)據(jù)通過無線信號發(fā)送到行車電腦。行車電腦將信號進(jìn)行處理后，將胎壓信息發(fā)送到儀表盤上進(jìn)行顯示或報(bào)警。當(dāng)直接式胎壓監(jiān)測信號出現(xiàn)自身故障時(shí)，由于使用無線傳輸?shù)脑颍到y(tǒng)判定壓力傳感器缺失相對困難，所以直接式TPMS 的自身故障報(bào)警會相對困難（較典型的傳感器信號丟失工況）。

表1 示出4 臺樣車的部分試驗(yàn)結(jié)果。從表1 可以看出，直接式TPMS 欠壓報(bào)警反應(yīng)及時(shí)迅速，故障報(bào)警相對困難，有不符合標(biāo)準(zhǔn)的情況出現(xiàn)。

表1 4臺樣車欠壓及故障報(bào)警檢驗(yàn)結(jié)果（直接式Ⅱ類）

1.3 間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的原理及性能[3,6]

間接式TPMS 的基本原理是通過足量采集安裝在車輛輪邊的輪速傳感器的數(shù)據(jù)，在重置學(xué)習(xí)過程中建立每一個(gè)輪胎正常直線行駛時(shí)與相鄰輪胎轉(zhuǎn)速的關(guān)系。如果其中一個(gè)輪胎過度欠壓，則其滾動(dòng)半徑會變小，使在同一車速下該輪胎相對其他相鄰輪胎而言轉(zhuǎn)速增加，從而判定輪胎欠壓。由于輪胎滾動(dòng)半徑對胎壓的敏感度較低，多輪胎欠壓時(shí)直線行駛狀態(tài)下輪胎轉(zhuǎn)速的相對關(guān)系變化并不突出，所以很難識別欠壓。因此間接式TPMS通過采集輪速傳感器等車輛傳感器的信號，并對其作深度處理，得出與胎壓相關(guān)的輪胎的某些運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)特性。通過將重置和學(xué)習(xí)的正常數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，以及系統(tǒng)中的輪胎的各方面狀態(tài)與氣壓對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，推算出目前輪胎胎壓，并實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

由于間接式TPMS 的程序及算法的復(fù)雜性，以及需要較長時(shí)間采集大量的數(shù)據(jù)作為支撐，間接式TPMS需要很長時(shí)間進(jìn)行監(jiān)測及推算，導(dǎo)致其欠壓報(bào)警時(shí)間明顯比直接式TPMS 需要的時(shí)間長。另外由于車輛輪胎欠壓行駛時(shí)的狀態(tài)也是不斷變化的，這也給間接式TPMS 對氣壓狀態(tài)的識別和判定增加了困難。

間接式胎壓監(jiān)測的所有傳感器都是車輛上固有且有線連接的，當(dāng)系統(tǒng)中傳感器丟失或沒有信號時(shí)，系統(tǒng)可以明確系統(tǒng)故障。所以間接式TPMS 對丟失傳感器信號類型的系統(tǒng)故障可以很快地判定，其系統(tǒng)故障報(bào)警相對較快。

基于GB 26149—2017 的測試方法，同樣隨機(jī)選取了4 臺配備間接式TPMS 的樣車進(jìn)行試驗(yàn)，部分試驗(yàn)結(jié)果，如表2 所示。

表2 4臺樣車欠壓及故障報(bào)警檢驗(yàn)結(jié)果（間接式Ⅱ類）

1.4 直接式和間接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的特點(diǎn)

基于不同原理的TPMS 所能顯示的信息不同，間接式TPMS 因其監(jiān)測不到真實(shí)的輪胎內(nèi)部氣體壓力信息，欠壓輪胎與相鄰輪胎之間在欠壓判定時(shí)有相互參照的關(guān)系，所以在多輪或全輪欠壓時(shí)不能夠明確指出欠壓輪胎的具體位置。直接式TPMS 是根據(jù)壓力傳感器檢測到的實(shí)際壓力數(shù)據(jù)做欠壓判定，只和標(biāo)準(zhǔn)或推薦胎壓進(jìn)行對比。所以直接式TPMS 基本都能夠顯示圖1b 或經(jīng)修改的接近車輛真實(shí)外形的類似圖1b 的標(biāo)志（儀表板或屏幕顯示空間受限的除外），準(zhǔn)確地指示欠壓輪胎的具體位置，然而由于其系統(tǒng)信號是無線傳輸，所以存在報(bào)警位置錯(cuò)誤的情況。

2 結(jié)論

從直接式與間接式TPMS 的數(shù)據(jù)結(jié)果及原理分析可以明顯地得出：

1）欠壓報(bào)警：直接式TPMS 的欠壓報(bào)警比較迅速，一般在壓力降低到標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)限值（75%Prec-7）kPa 之前（達(dá)到欠壓值75%Prec）發(fā)生報(bào)警；直接式TPMS 試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，對ECE 標(biāo)準(zhǔn)同樣適用的部分車型在更高胎壓狀態(tài)迅速報(bào)警；間接式TPMS 雖然也在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到報(bào)警的目的，但報(bào)警時(shí)間相對較長。

2）故障報(bào)警：試驗(yàn)也驗(yàn)證了由于系統(tǒng)原理的區(qū)別，系統(tǒng)自身故障報(bào)警表現(xiàn)存在很大的差異，直接式TPMS易發(fā)生典型故障，系統(tǒng)故障報(bào)警時(shí)間較長，而間接式TPMS 的系統(tǒng)故障報(bào)警時(shí)間較短。