汽車輪胎胎壓監(jiān)控系統(tǒng)的檢測(cè)與維修

張海松， 陳 寧

（浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 浙江 杭州 310000）

輪胎充氣壓力（簡(jiǎn)稱胎壓） 對(duì)車輛的動(dòng)態(tài)行駛性能具有決定性的影響，并由此保障道路交通的安全性，影響輪胎的使用壽命，甚至影響車輛的燃油消耗和CO2排放。不正確的輪胎壓力可能引起交通事故，從而造成額外費(fèi)用。目前大部分車輛上都配備胎壓監(jiān)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱TPMS），相關(guān)的故障維修，是企業(yè)實(shí)際工作中經(jīng)常遇到的工作任務(wù)。

本文以大眾奧迪品牌胎壓監(jiān)控系統(tǒng)為對(duì)象，詳細(xì)介紹間接測(cè)量系統(tǒng)和直接測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，并以奧迪實(shí)車案例，講解相關(guān)故障的檢測(cè)與維修，為相關(guān)從業(yè)者提供一定的學(xué)習(xí)參考。

目前大眾奧迪品牌車系中基本上采用兩種不同的胎壓監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)解決方案：間接測(cè)量系統(tǒng)和直接測(cè)量系統(tǒng)［2］。

1 間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)RKA

間接測(cè)量系統(tǒng)并不是通過測(cè)量輪胎內(nèi)的壓力來確定壓力損失，而是使用安裝在車內(nèi)的防抱死系統(tǒng)現(xiàn)有部件，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。將每個(gè)車輪的車輪轉(zhuǎn)速與一個(gè)已匹配并保存的額定值進(jìn)行對(duì)比。從轉(zhuǎn)速值中得出有關(guān)輪胎內(nèi)壓力比的結(jié)論，如圖1所示，因此將這種方法稱為“間接”測(cè)量法。

大眾品牌的間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)RKA的后續(xù)研發(fā)產(chǎn)品也不斷升級(jí)，主要有RKA Plus、Plus （RKA+） 等，相比RKA系統(tǒng)增加可識(shí)別全部4個(gè)輪胎上同時(shí)出現(xiàn)的緩慢壓力損失和能夠結(jié)合來自發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的其他傳感器信號(hào)等功能，下面主要介紹RKA Plus結(jié)構(gòu)與原理。

圖1 間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)RKA

1.1 RKA Plus的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

RKA Plus的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無需額外的部件，使用儲(chǔ)存在ABS控制單元內(nèi)的RKA Plus軟件和4個(gè)車輪轉(zhuǎn)速傳感器，如圖2所示。

1.2 RKA Plus的工作原理（圖3）

1） 輸入值

在行駛過程中，輪胎上的轉(zhuǎn)速傳感器檢測(cè)每個(gè)車輪的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，并將信息傳輸給ABS控制單元J104，系統(tǒng)通過CAN數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)陌l(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、縱向加速度和偏轉(zhuǎn)率，從轉(zhuǎn)速信息中推導(dǎo)出輪胎的振動(dòng)特性。

圖2 RKA Plus的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3 RKA Plus的工作原理

2） 信息處理

每個(gè)輪胎在滾動(dòng)時(shí)都以固有頻率和振動(dòng)強(qiáng)度的振動(dòng)模式振動(dòng)，固有頻率和振動(dòng)強(qiáng)度會(huì)影響轉(zhuǎn)速信號(hào)。當(dāng)胎壓變化時(shí)，頻率和振幅也會(huì)發(fā)生變化。根據(jù)對(duì)各個(gè)輪胎振動(dòng)模式的比較（光譜分析），系統(tǒng)得出輪胎存在微小胎壓損失的結(jié)論。如果某個(gè)輪胎漏氣，則其固有振蕩的幅度會(huì)增加，同時(shí)頻率降低。系統(tǒng)在匹配過程中確定并保存每個(gè)車輪的振動(dòng)模式。如果當(dāng)前檢測(cè)到的振動(dòng)模式與之前匹配時(shí)保存的、用于確定閾值的振動(dòng)模式存在偏差，說明存在微弱的壓力損失并隨后發(fā)出警告消息。

3） 信息輸出

系統(tǒng)向ABS控制單元發(fā)送警告消息或通過組合儀表或者信息娛樂系統(tǒng)向駕駛員發(fā)出信息。根據(jù)故障原因，系統(tǒng)的消息反應(yīng)如表1所示。

因?yàn)閯?dòng)態(tài)行駛性能會(huì)部分造成各輪胎的車輪轉(zhuǎn)速同時(shí)出現(xiàn)顯著的不同，因此系統(tǒng)通過延遲功能給出壓力損失警告。延遲功能起動(dòng)情況：在出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪側(cè)滑或制動(dòng)打滑時(shí)、在彎道行駛時(shí)、在車輛帶有極不均勻的負(fù)載時(shí)、在上坡和下坡行駛時(shí)和車輛在不良路況上打滑時(shí)。

4） 系統(tǒng)條件

在輪胎正確充氣的情況下必須匹配車輪轉(zhuǎn)速的額定值；必須由駕駛員手動(dòng)運(yùn)行；只有在匹配過程中達(dá)到正確的輪胎壓力，系統(tǒng)才能識(shí)別到胎壓損失。

5） 匹配新的額定壓力

根據(jù)車輛配置，可選擇通過輪胎監(jiān)控顯示系統(tǒng)按鈕、轉(zhuǎn)向柱開關(guān)、多功能方向盤或信息娛樂系統(tǒng)Car菜單中的功能進(jìn)行匹配。隨后系統(tǒng)將自動(dòng)執(zhí)行其他步驟并結(jié)束匹配過程。在輪胎壓力改變時(shí)、更換輪胎后以及在維修車間對(duì)底盤進(jìn)行維修后，必須由駕駛員啟動(dòng)新的匹配過程。

表1 系統(tǒng)的消息反應(yīng)

2 直接測(cè)量輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)RDK

直接測(cè)量系統(tǒng)RDK依靠的是安裝在輪胎上的壓力和溫度傳感器，直接檢測(cè)每個(gè)車輪輪胎內(nèi)的壓力。由于車輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，傳感器的信號(hào)以無線方式傳輸，如圖4所示。

圖4 傳感器的信號(hào)以無線方式傳輸

大眾品牌直接胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)RDK的后續(xù)研發(fā)產(chǎn)品也不斷升級(jí)，主要有Basis-RDK、Midline-RDK （帶自動(dòng)定位功能的直接測(cè)量輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)）、ighline-RDK （帶觸發(fā)器系統(tǒng)的直接測(cè)量輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng)RDK） 等，本文主要介紹Midline RDK結(jié)構(gòu)與原理。

2.1 直接測(cè)量式RDK系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

帶自動(dòng)定位功能的輪胎壓力監(jiān)控系統(tǒng) （Midline RDK），每個(gè)車輛有獨(dú)自的胎壓傳感器與車輛輪胎位置進(jìn)行匹配。J502胎壓監(jiān)測(cè)控制單元知道在左前或右后車輪上安裝的是哪個(gè)車輪電子裝置，因此可以確定并顯示存在壓力損失的輪胎位置，主要由G222左前胎壓傳感器、G223右前胎壓傳感器、G224左后胎壓傳感器、G225右后胎壓傳感器、H3蜂鳴器和聲音警報(bào)、J285組合儀表中的控制單元、J502胎壓監(jiān)測(cè)控制單元等組成，直接測(cè)量式RDK系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 直接測(cè)量式RDK系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.2 工作原理

1） 輸入值

4個(gè)車輪電子裝置檢測(cè)壓力、加速度、溫度和輪胎內(nèi)的空氣以及轉(zhuǎn)動(dòng)方向，并將這些數(shù)據(jù)通過接收天線發(fā)送給胎壓監(jiān)測(cè)控制單元，工作原理如圖6所示。

2） 信號(hào)處理

根據(jù)接收的場(chǎng)強(qiáng)和轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及通過HF電報(bào)傳輸?shù)脑O(shè)備ID，可實(shí)現(xiàn)車輪電子裝置與輪胎位置的配對(duì)。在此，控制單元根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)識(shí)別接收到的HF電報(bào)是屬于前橋還是屬于后橋。通過轉(zhuǎn)動(dòng)方向可判斷是位于車輛的左側(cè)還是右側(cè)。控制單元知道，帶有規(guī)定設(shè)備ID的車輪電子裝置位于例如右前軸上，并將相應(yīng)測(cè)量值與此位置配對(duì)。控制單元接收車輪電子裝置發(fā)送的實(shí)際壓力，并在無溫度補(bǔ)償?shù)那闆r下與額定壓力進(jìn)行比較。如果實(shí)際壓力低于一個(gè)或多個(gè)規(guī)定的警告閥值，則會(huì)顯示與位置相關(guān)的胎壓警告。警告分為：①軟警告，帶有胎壓檢測(cè)要求、ECE警告；②指示燈亮起同時(shí)要求檢測(cè)胎壓、硬警告；③指示燈亮起同時(shí)顯示文本信息“胎壓過低”和輪胎漏氣；④指示燈亮起同時(shí)顯示文本信息“輪胎漏氣”4個(gè)等級(jí)。

圖6 工作原理

3） 輸出顯示

除了警告信息之外，Midline RDK還在組合儀表或信息娛樂系統(tǒng)顯示屏上顯示當(dāng)前具體的額定胎壓和實(shí)際胎壓。顯示信息和提示如表2所示。

表2 顯示信息和提示

當(dāng)滿足下述條件，在達(dá)到規(guī)定的額定壓力前可撤銷警告：①車輛停止行駛；②與上次“車輛行駛”時(shí)接收到的實(shí)際壓力相比，壓力升高；③實(shí)際壓力高于額定壓力。

如果安裝了沒有車輪電子裝置的備胎，在車輛行駛時(shí)將撤銷警告并直接顯示系統(tǒng)故障。

4） 系統(tǒng)條件

Midline RDK要執(zhí)行胎壓監(jiān)控，必須滿足下述條件：①接通接線端15號(hào)線；②與至少一個(gè)識(shí)別到的車輪電子裝置實(shí)現(xiàn)信號(hào)連接；③成功完成系統(tǒng)功能測(cè)試；④在車速超過20 km/h時(shí)檢測(cè)溫度、加速度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向值。

5） 匹配新的額定壓力

當(dāng)車速超過大約20km/h時(shí)，將自動(dòng)匹配新的車輪電子裝置。匹配時(shí)間通常少于2min。新的車輪電子裝置只會(huì)匹配相應(yīng)的位置，前提是該位置沒有接收到匹配的車輪電子裝置信號(hào)。已匹配的車輪電子裝置在信號(hào)處理中始終具有較高的優(yōu)先權(quán)，這樣不會(huì)受到外部車輪電子裝置的影響。

3 故障案例

3.1 故障現(xiàn)象

一輛大眾奧迪2018款的A4L，儀表經(jīng)常報(bào)警 （有時(shí)1-2天，有時(shí)一個(gè)星期左右會(huì)出現(xiàn)胎壓報(bào)警），顯示右后輪胎胎壓不足，如圖7所示。

圖7 故障現(xiàn)象

3.2 故障排除

1） 客戶第一次反映右后胎壓報(bào)警時(shí)，檢測(cè)技師對(duì)右后輪胎進(jìn)行檢測(cè)沒有發(fā)現(xiàn)缺氣并且4個(gè)輪胎氣壓相近；認(rèn)為可能由于外界等其它外因造成誤報(bào)警，所以對(duì)胎壓進(jìn)行重新校準(zhǔn)和保存，并且建議客戶使用觀察。

2） 客戶車子行駛4天左右，來電反映右后輪胎壓又報(bào)警，當(dāng)時(shí)服務(wù)顧問建議客戶停車檢查輪胎是否有胎壓不足現(xiàn)象，客戶表示沒有明顯缺氣現(xiàn)象，由于客戶當(dāng)日有事，服務(wù)顧問在電話中教客戶在MMI中保存當(dāng)前胎壓，儀表報(bào)警燈熄滅，建議抽空來店檢修。

3） 過了一周后右后輪胎壓報(bào)警來店檢查，再次檢查氣壓都正常，檢查右后輪胎型號(hào)與其它輪胎一致并且外觀都正常，目視檢查右后輪胎及周圍部件外觀也是正常，查詢車輛維修歷史無任何事故等記錄。通過診斷電腦檢查03中有故障碼：右后輪胎壓力警告-輪胎氣壓不足靜態(tài)，通過故障導(dǎo)航需校準(zhǔn)輪胎氣壓及儲(chǔ)存胎壓，就沒有其他明確指示。

由于間歇式胎壓監(jiān)控，考慮是不是輪胎跳動(dòng)厲害，所以做了動(dòng)平衡并且與左后輪互換，試車第3天故障現(xiàn)象又再現(xiàn)。懷疑是右后懸掛問題，對(duì)其進(jìn)行4輪定位檢查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)其數(shù)據(jù)正常。最后懷疑是右后輪速傳感器問題，拆下觀察未發(fā)現(xiàn)異常，與正常車子右后輪速傳感器互換后試車，4天后故障再次出現(xiàn)。

查詢關(guān)于間歇式胎壓監(jiān)控資料后，該車采用的是間接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)RKA，由于前期操作已經(jīng)排除右后輪胎鋼圈、右后懸掛問題及右后輪速傳感器，很有可能是右后軸承方面出現(xiàn)問題。于是拆卸右后軸承并且檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)右后軸承感應(yīng)圈（磁圈） 有金屬碎屑，如圖8所示，造成右后輪速傳感器錯(cuò)誤信號(hào)，這個(gè)錯(cuò)誤信號(hào)累計(jì)一定時(shí)間造成其胎壓報(bào)警。對(duì)異物進(jìn)行處理后，故障消除。

圖8 右后軸承感應(yīng)圈 （磁圈） 有金屬碎屑

3.3 故障原因分析

由于車輛胎壓監(jiān)控系統(tǒng)是間歇式［輪胎監(jiān)控顯示系統(tǒng)使用防抱死制動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，以便能確定輪胎的滾動(dòng)周長(zhǎng)，滾動(dòng)周長(zhǎng)要與參考值進(jìn)行對(duì)比，從對(duì)比后兩值的微小變化中就可識(shí)別出輪胎失壓。參考值是在系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)過程（就是所謂的校準(zhǔn)） 中根據(jù)實(shí)際的行駛數(shù)據(jù)計(jì)算出］，由于右后軸承感應(yīng)圈（磁圈） 處有異物造成右后輪速傳感器檢測(cè)失真，造成故障現(xiàn)象。

4 結(jié)語

汽車輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不論是直接式還是間接測(cè)量式，出現(xiàn)相關(guān)故障報(bào)警時(shí)，首先要檢查輪胎氣壓是否正常，再排除輪胎胎壓故障的情況下，再進(jìn)一步檢查汽車輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)部件。對(duì)于間接式輪胎監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，出現(xiàn)胎壓正常的報(bào)警，一般故障出現(xiàn)在輪速傳感器方面，表現(xiàn)為輪速傳感器自身故障和輪速傳感器信號(hào)被干擾等；對(duì)于直接式胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，出現(xiàn)胎壓正常的報(bào)警，一般故障是輪胎胎壓傳感器的匹配、信號(hào)干擾和輪胎胎壓傳感器自身損壞等。