奔馳車系輪胎壓力監測系統詳解及典型故障4例(上)

◆文/河南 劉勤中

汽車胎壓監測系統有兩種類型：間接監測系統和直接監測系統。

間接監測系統，也叫集成式胎壓監測系統，它是建立在ABS系統對于車輪轉動監測基礎上的軟件優化功能。當某個輪胎的氣壓降低時，車輛的重量會使該輪的滾動半徑變小，導致其轉速比其他車輪快，通過比較輪胎之間的轉速差，達到監測胎壓的目的。間接檢測系統的優點在于成本低、結構簡單、不需要增加硬件，當然，其但缺點也很明顯，非常不精確，無法單獨測量每個輪胎的胎壓，報警時車主無法知道是哪個輪胎有問題，也知道胎壓到底是偏高還是偏低。另外，還存在反應慢、無法在第一時間發現問題并報警。

直接監測系統，也叫單獨傳感器式胎壓監測。安裝在每個車輪中的壓力傳感器直接測量輪胎的氣壓，利用無線發射器將壓力信息，從輪胎內部發送到中央接收器模塊上，可實時對每個輪胎氣壓數據進行監測。當輪胎氣壓太低或漏氣時，系統會自動報警，車主可通過每個輪胎的胎壓值直觀了解各車輪是否存在異常。直接監測系統的優點在于精確，并且可以分別監控單個輪胎的實時胎壓。其缺點則是由于多了四個傳感器和一整套獨立的監控線路，因此生產和維修成本增加。

為了提高行車安全，國家標準化管理委員會制定了《乘用車輪胎氣壓監測系統的性能要求和試驗方法》(GB 26149-2017)，自2020年1月1日起，所有在產M1類車將強制安裝胎壓監測系統(TPMS，tire pressure monitoring system)，也就是上述的直接監測系統。M1類汽車是指車輛至少4個或3個車輪，而且最大的總質量超過1 000kg，除駕駛員座位以外，乘客的座位不超過8個的載客車輛，涵蓋了所有家用乘用車。

隨著新標準的強制實施，胎壓監測系統已會成為汽車的必備裝備，無論低配還是高配的汽車，都必須安裝。2007年美國開始強制推行汽車胎壓監測系統；在歐洲市場，胎壓監測系統也已成為新車的標準配置，與安全氣囊、ABS防抱死剎車系統一起，構成汽車三大安全系統，可有效預防交通事故的發生。

奔馳車系采用了上述兩種輪胎壓力監測系統(圖1)。2020年之前的車輛，除少數高配車型配備輪胎氣壓監測器RDK(代碼475)外，其他車型則標配了輪胎壓力損失報警RDW(代碼477)。奔馳車系胎壓監測系統的供應商有：施耐德(Schrader)、霍富(Huf)、貝魯(Beru)、西門子(Siemens)等。當前在售車型中，后驅車型一般采用施耐德(Schrader)提供的胎壓監測系統，前驅小型車則采用霍富(Huf)提供的胎壓監測系統。

一、奔馳輪胎壓力損失報警(RDW)系統

輪胎壓力損失報警(RDW)(代碼477)系統，在檢測到某個輪胎出現嚴重的壓力損失，會通過儀表盤輸出警告信息。該系統正常工作的前提條件有三個：點火開啟(電路 15)；縱向加速度小于1m/s；橫向加速度小于1m/s。

電控車輛穩定行駛系統(ESP)控制單元是RDW系統的主控單元，用來讀取來自車輪轉速傳感器的信號。如果輪胎壓力損失，就會導致輪胎轉速上升。ESP控制單元根據轉速差異計算輪胎的壓力損失，如果超過閾值，將通過儀表盤輸出不帶指定位置的報警信息。

基于上述RDW系統的工作原理，輪胎壓力損失報警(RDW)系統屬于間接監測系統。在以下情況下，輪胎壓力損失報警(RDW)系統的功能將受到部分限制：

1.在高邊彎道或橫向坡度較大的路面上(較為典型的是坡度大于7°)；

2.如果檢測到硬件故障(如ESP控制單元故障、傳感器故障)，則RDW系統關閉；

3.運動型駕駛方式(如高速轉彎、急加速)；

4.安裝了防滑鏈或者冬季路面狀況下；

5.行駛在松軟路面(如沙子、砂礫路面等)；

6.防抱死制動系統(ABS)，防加速打滑控制(ASR)或電控車輛穩定行駛系統(ESP)所施加的控制干預功能；

7.不止輪胎出現壓力損失。

輪胎壓力損失報警(RDW)系統的功能原理圖及框圖如圖2所示。

如果檢測到某一車輪的壓力損失達到30%~50%，電控車輛穩定行駛系統(ESP)控制單元將輪胎壓力損失報警狀態通過底盤FlexRay、電子點火開關控制單元和用戶界面控制器區域網絡(CAN)傳送至儀表盤，儀表盤輸出相應的報警信息，以提醒駕駛員及時處理。

只有在車輛行駛了一段時間之后，系統才會輸出未指定位置的警告信息。在隨后的行駛過程中，儀表盤上會一直顯示提示信息，直至RDW系統被重新啟動。如果更換了一個或多個輪胎或輪胎壓力發生了改變，則必須通過儀表盤上的控制菜單重新啟動RDW系統，只有這樣才會會刪除所有待定的警告信息。

通過儀表盤和多功能方向盤按鈕組重新啟動RDW系統的操作方法是：“維修”(Service)主菜單轉至 “輪胎壓力”(Tire pressure)菜單項，確認后即可重新啟動RDW系統。該請求由轉向柱管模塊控制單元通過轉向機構局域互聯網(LIN)和方向盤電子單元讀入，并通過底盤FlexRay、電子點火開關控制單元和用戶界面控制器區域網絡(CAN)傳送至儀表盤。隨后，儀表盤將重新啟動的請求傳送至電控車輛穩定行駛系統(ESP)控制單元。

在重新啟動后，系統執行學習，將以7種不同的速度間隔(速度介于15~250km/h之間)對相關的輪胎滾動速度進行學習。在學習過程中，RDW系統將保持待用狀態。

二、奔馳輪胎壓力監測系統(RDK)

奔馳輪胎壓力監測系統RDK(代碼475)，也就是輪胎氣壓監測(TPM))系統，可監測多種狀況下的輪胎壓力。如果出現相關壓力損失，則會向駕駛員發出警告信息，如有可能還包括指定位置。RDK系統監測輪胎壓力的范圍為 0~637.5kPa。

奔馳RDK系統正常工作的前提條件有三個：點火開啟(電路15)；速度大于20km/h或輪胎壓力變化量大于10kPa；裝有輪胎壓力傳感器并處于正常運行狀態。

輪胎壓力監測控制單元N88(圖3)通過將4個輪胎壓力傳感器測量的壓力與之前存儲的參考壓力進行比較，以監測各輪胎的壓力狀態。如果出現壓力損失，則會向駕駛員發出警告信息，可能時還會指出具體的輪胎位置。警告類型根據壓力損失量的不同而異。出現壓力損失時，還將輪胎溫度、車外溫度、車速和行駛里程等數據包含在警告信息中。

輪胎壓力傳感器通過金屬鋁制氣門嘴擰入各輪胎的內部輪輞側。對于裝配有輪胎氣壓監測系統(RDK)(代碼475)的車輛，只能使用塑料氣門嘴帽，如果使用鍍鎳金屬氣門嘴帽，就會與鋁制輪胎氣門嘴發生電化學反應，形成腐蝕，嚴重時將無法手動拆下氣門嘴帽。

輪胎氣壓監測系統(RDK)的工作原理是：當車速大于20km/h時，4個輪胎壓力傳感器A69/X每間隔60s向輪胎壓力監測控制單元發送1次無線電數據信息電碼，無線頻率與遙控鑰匙相同，為433MHz。這些數據信息電碼包括輪胎壓力、輪胎溫度、序列號(包含ID識別號、零件號、生產日期等)和狀態信息(電池電量、轉動方向、操作模式等)。輪胎壓力監測控制單元N88持續監測所有轉動車輪的輪胎壓力。

奔馳車系輪胎壓力監測控制單元N88位于地板右側(圖4)，中央天線集成在輪胎壓力監測控制單元N88中。

行程開始后，系統會在第一個10min內自動識別傳感器位置。輪胎壓力傳感器可自動監測車輪是轉動還是靜止，并始終發送與車輪特定角度位置相關的數據信息電碼。數據信息電碼會顯示從達到特定車輪角度到已發送數據信息電碼所經過的時間，以評估防抱死制動系統(ABS)車輪脈沖計數器與輪胎壓力傳感器信號的相關性。

另外，輪胎壓力監測控制單元N88還將車外溫度、車速包含在警告信息中。車外溫度由車外溫度傳感器負責監測，并由前部信號采集及促動控制模組(SAM)控制單元直接讀入。前部信號采集及促動控制模組(SAM)控制單元N10/6將信號通過車內控制器區域網絡(CAN B)、電子點火開關控制單元N73和用戶界面控制器區域網絡(CAN HMI)傳送至儀表盤A1。儀表盤將車外溫度和車速，通過用戶界面控制器區域網絡(CAN HMI)傳送至輪胎壓力監測控制單元N88。奔馳車系輪胎監測系統(RDK)的工作原理圖如圖5所示。

輪胎壓力監測控制單元N88持續評估輪胎壓力傳感器A69/X監測到的無線電數據信息電碼。如果監測到某個輪胎出現相應的壓力損失，則輪胎壓力監測控制單元N88將顯示警告信息的請求通過用戶界面控制器區域網絡(CAN HMI)傳送至儀表盤A1。儀表盤A1顯示一條警告信息，并促動輪胎壓力監測警告燈。

根據壓力損失的多少和快慢，警告信息分為3種情況：輕度警告(壓力損失處于14%~20%之間，應及時校正輪胎壓力)、嚴重警告(壓力損失大于20%，應及時檢查輪胎)、泄漏檢測(快速壓力損失)(壓力損失速度達到20kPa/min，應注意輪胎故障)。

1.輕度警告

在行駛過程中，輪胎會隨著時間的推移通過擴散而漏氣，當壓力損失處于14%~20%，且持續時間達到8min，系統會發出輕度警告，通知駕駛員應及時校正輪胎壓力。如果充氣至規定壓力、檢測到自動充氣完成或手動重新啟動，則儀表盤上的警告信息將會被取消。

2.嚴重警告

車輛行駛過程中，如果輪胎壓力損失超過20%，則最遲5min后，儀表盤上顯示一條嚴重警告信息，且輪胎壓力監控系統警告指示燈亮起。而且下一次行駛循環期間，輪胎壓力監測警告指示燈保持促動狀態，直至輪胎排除被故障。如果當前輪胎壓力充氣至規定壓力、系統檢測到自動充氣完成或手動重新啟動輪胎壓力監控系統，則輪胎壓力監測警告指示燈自動熄滅，警告信息也會消失。

3.泄漏檢測(快速壓力損失)

如果在行駛過程中，系統監測到某一時間段出現快速的壓力損失(大于20kPa/min)，則系統判定輪胎存在故障。這種情況下，即使輪胎壓力損失未達到嚴重警告的觸發閾值，系統也會觸發泄漏檢測警告。通常最遲會在壓力損失速度達到20kPa/min后120s發出警告，并在儀表盤上顯示警告信息“注意! 輪胎發生故障”(Attention tire defect)。

如果當前輪胎壓力充氣至規定壓力、系統檢測到自動充氣完成或手動重新啟動輪胎壓力監控系統，則輪胎壓力監測警告信息也會消失。

另外，當系統監測到泄漏之后再開啟點火開關時，儀表盤中的輪胎壓力監測警告指示燈首先亮起。如果行程開始后，壓力再次與規定值一致，則輪胎壓力監測警告指示燈熄滅。

需要注意的是，重新啟動輪胎壓力監測系統RDK時，駕駛員設定的輪胎壓力將被輪胎壓力監測控制單元N88當作新的設定值。轉向柱管模塊控制單元N80通過方向盤控制器區域網絡CAN LR(始自2018年6月1日)或轉向系統局域互聯網LIN(截至2018年5月31日)讀取信號，并將其通過懸掛FlexRay、電子點火開關控制單元和用戶界面控制器區域網絡CAN HMI發送至儀表盤。系統根據重新啟動時的壓力值確定警告壓力閾值，立即通過儀表盤發送到控制單元?？刂茊卧獣π碌膲毫χ颠M行長達5min(從行程開始時算起) 過濾，并檢查其合理性。隨后，各車軸上的平均壓力值被作為壓力監測系統新的設定值存儲起來。

在行程開始時，如果監測到至少2個車輪的壓力變化大于20kPa，系統就會執行自動充氣檢測。自動充氣檢測時，系統會調用溫度補償值和經過濾的壓力值，并與上一行程中的數值進行比較。行駛大約5min左右，系統成功進行合理性檢查后，會將新的輪胎壓力自動用作設定值。如果左、右側輪胎壓差大于17%將被視作不合理。

關閉點火開關后，輪胎壓力監測控制單元N88會繼續運行19min，并通過無線電頻率接收來自輪胎壓力傳感器的信號，之后用戶界面控制器區域網絡(CAN HMI)進入休眠模式。駐車時間超過19min后，當車輛重新開始行駛時，輪胎壓力傳感器會自動執行檢測和定位。最多行駛9min后，系統會自動重新進行學習，以自動識別每個TPMS傳感器，確定其在車輛上的位置，并顯示在儀表盤上。這個過程無需人工干預。

從2016年上市的全新E級車(213)起，奔馳輪胎壓力監測系統開始采用了PAL(Phase Angle Location)相位角定位技術(圖6)，用來定位每個傳感器的位置。

PAL相位角定位技術不僅需要4個輪胎壓力傳感器A69/X傳輸的信號，還要接合ABS制動系統的4個輪速傳感器A6/X的數據，才能實現對每個傳感器的定位。車輪每旋轉一圈，車輪脈沖計數器就會發出96個脈沖信號，系統再將脈沖信號轉化為車輪的角度位置。輪胎壓力監控系統控制單元N88利用磁阻式輪速傳感器L6/X讀取的車輪脈沖計數器數據，以及輪胎壓力傳感器A69/X傳輸的輪胎壓力、溫度、位置和旋轉方向等數據，進行數據融合和分析。借助PAL(相位角定位)技術，車輛以超過35km/h的速度行駛大約10min后，就可以準確地識別TPMS傳感器的位置和壓力，并在儀表盤上顯示出來。如果行駛在崎嶇不平的路面上，系統的定位功能可能會受到影響。

如果輪胎壓力傳感器需要進行學習，則可以使用診斷儀在“控制單元自適應”(Control unit adaptations)菜單，“寫入車輪電子裝置識別號”(Write wheel electronics identification number)子菜單中執行學習過程。

另外，奔馳輪胎壓力監測系統RDK還具備引導式手動輪胎壓力降低程序。通過逐個釋放氣壓使輪胎壓力傳感器發送數據日志，隨后輪胎壓力監測控制單元根據數據日志可保存各傳感器的序列號，并識別正確的車輪位置。如要顯示胎壓，則必須要釋放至少30kPa的氣壓。

如果使用觸發工具(MB3000或TPM PAD VT66MB)，則無需降低輪胎壓力，就可依次觸發各輪胎壓力傳感器發送數據日志，控制單元通過此協議讀取所需的傳感器ID識別號，按上述步驟進行傳感器學習，并將ID號寫入控制單元N88。這樣，只需行駛2min就可以正常顯示胎壓。

如果更換了輪胎壓力監測系統控制單元N88，則必須使用診斷儀執行引導型“試運行”過程。

雖然輪胎壓力傳感器會同時發送輪胎壓力及溫度數據，但僅在車速超過180km/h時才會發出溫度警告。在輪胎溫度接近限值時，儀表盤上對應的輪胎會顯示為黃色；超過限值時則顯示紅色，并發出警告信息。如果2min后，仍顯示“輪胎過熱”的警告信息，系統將會顯示“降低車速”的提示信息并發出警告音。當車速降至100km/h以下時，提示信息將會消失，并重新顯示輪胎溫度。

輪胎壓力傳感器以10%的增量發送電池狀態信號，系統將計算并顯示傳感器電池的剩余使用壽命。如果輪胎壓力監測控制單元反復從至少一個輪胎壓力傳感器收到電量低的信息，則會存儲故障碼。

(未完待續)