王曉迪/上海機動車檢測中心技術有限公司

0 引言

輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)（TPMS）是機動車繼安全氣囊和防抱死系統(tǒng)之后的又一重要安全系統(tǒng)，其主要功能是在機動車靜止和行駛時對輪胎壓力和胎內溫度等參數(shù)進行監(jiān)測，一旦出現(xiàn)過壓、欠壓和溫度異常等情況，即自動報警提醒駕乘人員，用以輔助駕駛安全，大大降低交通事故的發(fā)生率[1]。TPMS按照運行模式分為間接式和直接式。所謂間接式TPMS是依靠輪速傳感器監(jiān)測4個輪胎的輪速差，起到出現(xiàn)異常情況的提醒作用[2]，無法提供真實的輪胎壓力值和胎內溫度值是其最大的弊端。而直接式TPMS是在車胎內布置帶信號發(fā)射功能的高靈敏度微型無線傳感裝置，根據(jù)車輛狀態(tài)自動切換睡眠和喚醒模式，可以自動傳輸實時的輪胎壓力值和胎內溫度值[3]。

在實際操作中發(fā)現(xiàn)，開展電磁兼容檢測時，如果實驗室沒有配備專用的設備，無論輻射發(fā)射還是輻射抗擾度測試，TPMS胎壓傳感器只能在大氣壓環(huán)境內進行測試，壓力不變，監(jiān)控值恒定。這種情況可能會對某些電磁兼容特性造成錯誤的判斷，影響測試結果。

壓力環(huán)境艙測試裝置的建立將有助于完善直接式TPMS在電磁兼容實驗室環(huán)境內模擬各種可能的胎壓工況，從而有能力為直接式TPMS在相關國家強制認證如GB 26149-2017《乘用車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的性能要求和試驗方法》[4][5]、企業(yè)研發(fā)、新標準的制定與驗證等方面提供能力保障。

2005年起，歐美日等發(fā)達國家開始實施胎壓監(jiān)測系統(tǒng)法規(guī)，而大部分發(fā)展中國家則于2015起陸續(xù)實施，我國于2017年發(fā)布了GB 26149-2017《乘用車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的性能要求和試驗方法》，并且明確新車型于2019年1月1日起強制裝配胎壓監(jiān)測系統(tǒng)[6]。因此，研發(fā)一種胎壓可調控且適應電磁兼容實驗室電波暗室特殊電氣環(huán)境和屏蔽效能要求的裝置，將有助于國家開展強制認證。

1 壓力環(huán)境艙測試裝置

本項目為直接式TPMS研發(fā)一套分隔式壓力環(huán)境艙測試裝置（以下簡稱裝置），該裝置的運行和控制完全符合在電磁兼容實驗室環(huán)境內使用的相關技術要求，不額外引入不確定性的傳導和輻射干擾，尤其能夠在遭遇強電磁干擾的情況下保持正常工作。該裝置主要由4個獨立可調壓力的環(huán)境艙和1套控制臺組成。

1.1 機械部分

裝置的主要構成為底板、腔體基體、旋轉體、氣動電機、氣門、腔體加蓋。

該裝置由非金屬材料制成，腔體基體用于固定電機和旋轉體，4個可調氣壓大小的獨立腔體，每個腔體中都有一個旋轉體（內置軸承）來模擬機動車輪胎旋轉，每個旋轉體上有4個標準槽口，固定胎壓傳感器。對于無法擰開的氣門，利用其6 mm槽，卡入旋轉體的槽內進行安裝。每個腔體對應多個進（出）氣孔，接上氣管后連接氣泵及控制系統(tǒng)，分別用來調節(jié)腔體內氣壓值以及驅動旋轉體內的氣動電機旋轉。

考慮到裝置的總質量和使用的便捷性，對裝置腔體的基體進行切割，使4個腔體能夠分離，單獨使用。單個壓力環(huán)境艙的構造如圖1所示，腔體加蓋為特殊PC材料制成，防爆防撞擊。圖2為4個腔體加蓋后的實物圖。

圖1 壓力環(huán)境艙構造

圖2 壓力環(huán)境艙加蓋后

1.2 氣動和電氣部分

裝置的氣源同時為氣動電機和壓力環(huán)境艙服務，驅動氣動電機旋轉來模擬機動車輪胎旋轉，提供激活胎壓傳感器所需的加速度，而給壓力環(huán)境艙提供可變化的氣壓值。圖3為該裝置的整體氣動原理圖，除了氣源、氣動電機、壓力環(huán)境艙以外，還用到各類調壓閥、開關閥、電磁閥、液壓閥以及為了安全的防爆閥等。

圖3 裝置氣動原理

圖4為控制臺的實物以及內部結構，氣源進入控制臺后分兩路，分別用來調節(jié)艙腔體氣壓和驅動氣動電機旋轉，控制臺右邊上三排為4個獨立壓力環(huán)境艙的開關、壓力值顯示和調壓閥，最后一排為4個氣動電機的調壓閥和開關。使用時均先調節(jié)好氣壓值再打開對應開關。

圖4 控制臺實物及內部結構

圖5為該裝置的電氣原理，其中的無紙記錄儀為220 V供電，該記錄儀集測量、顯示、處理、運算、報警、記錄等多功能為一體，具有18路模擬量信號輸入通道、4路繼電器報警輸出、150 mA配電輸出、1路RS-485通信接口，并擁有1個USB數(shù)據(jù)轉存接口。所用的壓力傳感器由24 V直流供電，壓力為0～5 bar（1 MPa=10 bar），該胎壓值范圍能夠支持市場上絕大部分的乘用車[7]。

圖5 壓力環(huán)境艙電氣原理

2 試驗驗證比對

選取某廠家典型直接式TPMS進行ECE R10標準的輻射發(fā)射（RE）測試比對試驗，以30～200 MHz水平極化輻射窄帶騷擾為例。第一種情況為不使用該裝置，第二種情況為使用該裝置，其他條件均相同，以此驗證該裝置的使用是否會產生額外的輻射騷擾，影響實驗室本底，進而影響后續(xù)試驗的開展。

1）第一種情況，不使用該裝置，30～200 MHz水平極化輻射帶騷擾性的掃描過程見圖6、終測值見表1。

圖6 30～200 MHz水平極化輻射窄帶騷擾特性掃描過程（不使用該裝置）

表1 30～200 MHz水平極化輻射窄帶騷擾特性終測值（不使用該裝置）

2）第二種情況，使用該裝置，20～200 MHz水平極化輻射帶騷擾性的掃描過程見圖7、終測值見表2。

圖7 30～200 MHz水平極化輻射窄帶騷擾特性掃描過程（使用該裝置）

表2 30～200 MHz水平極化輻射窄帶騷擾特性終測值（使用該裝置）

經過兩種情況下輻射騷擾RE測試結果的比對可以看出，由于該裝置使用了非金屬材料和氣動電機，沒有產生輻射騷擾的源頭，在標準規(guī)定的各個頻段內取點，進行終測，得到的平均值差值均在1 dBμV/m以內。證明該裝置的使用不會對測試的本底產生影響，該裝置符合電磁兼容測試的環(huán)境要求。

3 討論

在氣壓達到設計上限并且留出一定安全余量的情況下，考慮到結構安全性，環(huán)境艙材料選擇了不易破裂且適合電磁兼容試驗的非金屬材料整體加工成型，并且盡可能用大圓角設計工藝，包括螺栓孔邊緣，以減少應力集中點。

為不影響試驗結果，采用氣動電機替代電動電機驅動胎壓傳感器旋轉，由于激活各個不同廠家生產的胎壓傳感器所需的加速度值有差異，氣動電機的加速度值指標，選取了較為普遍的6～10 g。

目前，一些非氣門嘴式的直接式TPMS胎壓傳感器已經問世，其中有些為直接捆綁固定在輪轂上，這對于測試裝置如何固定新式的胎壓傳感器提出了挑戰(zhàn)，需要設計可脫卸且適配各種傳感器尺寸和式樣的新裝置，抑或是尋找可靠高效的膠水，將其粘在輪轂上，這對裝置的工藝和安全性提出了較高要求。

另外，目前商用車、特種車輛等輪胎的推薦胎壓值較高[8]，本裝置的上限為5 bar，難以滿足測試要求，高胎壓值的壓力變化艙也是今后的研究方向。

4 結語

在滿足GB 26149-2017《乘用車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的性能要求和試驗方法》中電磁兼容相關特殊試驗環(huán)境要求的情況下，研制出一套用于直接式TPMS的分隔式壓力環(huán)境艙。該裝置將有助于實現(xiàn)測試過程精細化，能夠在測試過程中對胎壓傳感器進行自動喚醒激活，對胎壓值進行精確控制，且該裝置能夠滿足電磁兼容性的特殊要求。

在滿足各類強檢任務的同時也可為企業(yè)產品研發(fā)、標準的制修訂評估、方法驗證等方面提供更好的條件保障。