汽車胎壓檢測影響因素及檢測方法優化

余小磊

（江鈴汽車股份有限公司，江西 南昌 330000）

隨著汽車行業的發展，人們對車輛駕駛的舒 適性和安全性要求越來越高，而胎壓的信息則是其中大部分顧客都比較關注的一個重要信息。當胎壓過高時，會減小輪胎與地面的接觸面積，此時輪胎所承受的壓力相對提高，除了影響抓地力以外，行駛的穩定性和乘坐舒適性也會降低。特別是當車輛經過顛簸路面時，輪胎內沒有足夠空間吸收震動，會加大對懸掛系統的沖擊力度。同時，在高溫時爆胎的隱患也會相應增加，而胎壓過低會使輪胎磨損不均勻，增加輪胎的滾動阻力，使車輛的油耗升高，并且由于輪胎偏軟，在高速行駛時輪胎反復擠壓變形，產生大量的熱，更易發生爆胎。不僅如此，輪胎的壽命還會大打折扣。由此可見，準確的胎壓信息是判斷車輛行駛狀態的一個重要依據，本文將深入探討影響車輛出廠前胎壓信息錄入的影響因素及優化措施。

1 車輛胎壓信息檢測過程

當車輛進入裝胎工位后，操作工掃描跟車單上的車輛識別代碼（Vehicle Identity Number, VIN）號和SAP（配置代碼）號，將車輛信息錄入胎壓檢測系統，與此同時，制造執行系統（Manufacturing Execution System, MES）也將該車輛配置代碼信息發送給系統，兩邊信息核對無誤后車輛進入檢測隊列（檢測隊列的車輛數為裝胎工位到胎壓檢測工位之間的車數）。車輛前進至胎壓檢測設備（如圖1所示）范圍，光電傳感器檢測輪胎位置到位后，設備通過低頻天線發射低頻激勵信號，輪胎內的胎壓傳感器接收到信號后自動向系統反饋被檢測輪胎的ID、溫度和胎壓信息，系統通過高頻天線采集這些信息，并將信息上傳至車輛設置和測試系統（Vehicle Configuration And Test System, VCATS）服務器，完成胎壓檢測過程，四輪的檢測順序為右前、左前、右后、左后，該順序可根據生產線的板鏈移動方向、速度、現場工位布置自行調節。

圖1 胎壓檢測設備

根據流程圖以及胎壓檢測的原理，大致將胎壓檢測全過程分為三個模塊：人員操作過程、檢測規則的制定、胎壓檢測系統自動檢測胎壓過程，并結合實際，從這三個模塊中尋找影響因素及優化的機會。

2 車輛胎壓信息檢測影響因子的分析及優化措施的制定

2.1 員工操作過程

2.1.1 員工作業順序

這里特指掃描跟車單錄入車輛信息至胎壓檢測系統的員工，該員工的主要作業內容有輪胎的裝配以及信息的錄入。生產線為了確保員工不會遺漏掃描跟車單上傳車輛信息，設置了車輛互鎖[1]：當隊列的第一臺車檢測完畢后，未接到隊列末車輛上傳的信息，即判定序列狀態有誤，生產線自動停線，等待車輛信息的錄入。這兩個步驟的作業順序對停線互鎖產生影響，停線互鎖可能會對胎壓的檢測有影響。為了證明員工的作業順序會影響胎壓的檢測，首先需要證明停線互鎖對胎壓檢測有影響，為此制作了如下數據分析的實驗：

實驗名稱：員工操作（激活停線互鎖）與胎壓檢測失敗的相關性。

試驗目的：確定停線互鎖激活對胎壓檢測是否有顯著差異[2]。

步驟1：假設停線互鎖激活不影響胎壓檢測，p1表示沒有激活停線互鎖，p2表示激活了停線互鎖：

式（1）中，H0表示原假設，假設停線互鎖激活不影響胎壓檢測；Ha表示非原假設，即停線互鎖激活會影響胎壓檢測，α表示操作誤差，β表示檢驗誤差。

步驟2：確定樣本量（兩個月數據），收集數據。

步驟3：執行假設檢驗。

步驟4：統計結論。

步驟5：得出實際結論。

通過收集的數據，將數據放到MINITAB軟件中做雙比率分析，如圖2所示。

圖2 停線互鎖假設檢驗效果運行圖

結論：停線互鎖激活與否對Y3的影響存在顯著差異，員工操作激活停線互鎖會導致胎壓檢測失敗故障率更高。

2.1.2 員工作業順序對停線互鎖的影響

為了驗證員工這兩步操作的順序對停線互鎖的影響，做了如下數據收集：

A班員工掃完底盤號再預緊輪胎，停線互鎖沒有激活，B班員工預緊輪胎后再掃底盤號，62%的車輛會激活停線互鎖。

結論：先預緊輪胎再掃碼操作會有很大概率激活停線互鎖，從而導致胎壓檢測失敗，但先掃碼再預緊輪胎，正常情況下不會激活停線互鎖。

優化建議：依照上述結論固化員工操作順序，員工將輪胎掛到輪轂上后，先掃碼，再預緊和打緊輪胎螺母。

2.1.3 人機交互界面不明顯

現場確認設備顯示背對操作工位，并且距離工位10余米，中間隔著輪胎裝配設備，不利于員工及時檢查輪胎檢測情況。并且操作界面中，胎壓檢測通過和未通過，界面未作明顯區分，不利于員工判斷。

優化建議：（1）利用現場備用顯示屏和分屏線，將胎壓檢測主機上的顯示界面轉移到工位邊，并增加指示燈，OK亮綠燈，NG則亮紅燈；（2）優化顯示界面，使胎壓檢測失敗后的界面呈藍色，與正常界面不一致，方便員工更直觀查看。

為了驗證措施的有效性，收集了N35X線措施前后各一個月的數據作對比，改善前胎壓檢測失敗故障率為8.5%，改善后為5.5%，故障率降低了35.3%。

2.2 胎壓檢測規則制定

2.2.1 員工錄入信息與MES導入的信息

員工操作指導書中要求員工只需掃描車輛VIN號，錄入系統，然后配置信息的輸入來源于MES系統[3]，由于這種識別規則導致胎壓檢測設備只能被動地接收從輪胎綁定設備發來的底盤號，再結合MES發過來的底盤號和SAP信息，確定完整的車型信息，但MES系統過于復雜龐大，會偶發性地出現一些車輛底盤號亂碼的情況（如圖5所示），系統接收不到準確信息，導致胎壓檢測失敗，現場跟蹤一周，共計1 627臺車，跟蹤到18臺車輛存在MES系統導入亂碼問題，C/1000為8.89。

改進措施：（1）操作工增加SAP號的掃碼要求，無需MES傳送的SAP信息，并將該要求固化進員工操作指導書；（2）掃描的底盤號和SAP號實時顯示在設備屏幕上。

2.2.2 互鎖時間制定不合理

現有的互鎖規則為在胎壓檢測隊列的第一臺車子，左后輪（最后一個檢測的輪胎）觸發光電傳感器前，系統即判定該車即將完成檢測，若此時未接收到系統錄入的隊列最后一臺車輛的信息，則會觸發互鎖。但在該規則下，若由于一些意外情況導致隊列觸發互鎖，生產線停線，在整個互鎖的時間范圍內，左后輪都處于靜止狀態，可能互鎖時間越長，左后輪靜止時間越長，左后輪胎壓檢測失敗的概率就越大。前文已經通過實驗驗證了停線互鎖會對檢測失敗有影響，為了探究互鎖時間的長短對胎壓檢測的影響，做了如下實驗：

實驗名稱：左后輪檢測失敗與左后輪停線互鎖時間的相關性。

試驗目的：通過修改軟件改變停線互鎖的時間點，將停線互鎖時間點由左后輪檢測前調整到左后輪檢測結束，縮短左后輪停線互鎖的時間，探究是否影響左后輪檢測成功率。

步驟1：假定設備設定的互鎖時間點不影響胎壓檢測，p1表示未變更互鎖時間點，p2表示調整了設備的互鎖時間點：

式（2）中，H0表示原假設，假設設備設定的互鎖時間點不影響胎壓檢測；Ha表示非原假設，即互鎖時間點會影響胎壓檢測，α表示操作誤差，β表示檢驗誤差。

步驟2：確定樣本量（兩個月數據），收集數據。

步驟3：執行假設檢驗。

步驟4：統計結論。

步驟5：得出實際結論。

通過收集的數據，將數據放到MINITAB軟件中做雙比率分析，如圖3所示。

圖3 互鎖時間調整假設檢驗效果運行圖

實際結論：改變前，停線互鎖時間長，左后輪檢測失敗的故障率顯著增加；改變后，停線互鎖時間短，故障率顯著降低。

優化措施：更改系統軟件，將互鎖判斷時間設定為當左后輪完整通過胎壓檢測區后，若未接到隊列最后一臺車信息的錄入，即觸發停線互鎖，生產線停線，并要求設備人員將該規則加入設備每日巡檢清單。

2.2.3 新車型易誤識別

小藍工廠是一個很典型的混線生產工廠，同一條線多種車型同時在生產，而且近幾年，汽車市場更新換代的速度加快，導致新品車型增多，汽車的普及率增加帶來顧客的個性化需求增多，導致特殊車輛操作（Special Vehicle Order, SVO）[5]車型增多。這兩個因素都會導致胎壓系統需識別的車型增多，若新品團隊和SVO團隊未能提前識別，并輸入給車間設備人員，就會導致設備中的配置文件與公司發布的《SAP系統域虎系列車輛配置碼編制規則》[4]不重合，帶來的故障有：（1）在新增SAP號識別時，容易缺失之前的規則；（2）不同車型間有重疊，導致一些無效的檢測，干擾操作工判斷。

改善措施：將現有車型細分，區分不同車型，區分胎壓配置，并制作成識別清單，由車間電器工程師管理，清單同步發送給工廠SVO團隊和新品團隊，要求新品或SVO車型上線前提前核對清單，確認是否有胎壓識別的變動，提前識別變異點并管理。

為了驗證措施的有效性，收集了N35X線措施前后各一個月的數據作對比（數據收集時間在員工操作改善措施執行以后，避免兩個措施相互干擾），改善前故障率為5.1%，改善后故障率為2.8%。故障率下降了45.1%。

2.3 設備自動檢測胎壓過程

光電傳感器安裝在低頻天線板上（如圖4所示），其原理是感應到輪胎的輪輞后會給低頻天線發出指令，令低頻天線發出激勵信號給輪胎內的胎壓傳感器。由于整車上的輪子角度此時是隨機的，胎壓傳感器位置也隨之隨機，有可能落在輪胎最后端，因此，若當車輪未完整進入低頻天線板的范圍時，則有可能會出現激勵信號未及時發送給胎壓傳感器，導致信號異常，檢測失敗。因此，胎壓傳感器位置就非常重要。小組根據此原理設計出一組推導光電傳感器在低頻天線板上安裝位置范圍的公式。

圖4 低頻天線板與光電傳感器

首先定義垂直方向為Y，向上方向為正，水平方向為X，車身前進方向為正向，輪胎直徑為D，低頻天線板相對輪胎的安裝高度為H，板鏈移動速度為V，胎壓檢測所需時間為T，低頻天線板長度為L。

Y向位置范圍：-H≤Y≤D；

X向位置范圍：D≤X≤L-VT。

以小藍工廠N35X線為例，低頻天線板尺寸為1 380 mm×1 055 mm，相對輪胎安裝高度H為0，N35X線生產車型輪胎在R16-R20之間，查看尺寸表D的范圍在642.9 mm～744.5 mm，取最大值D=744.5，JPH（Jobs Per Hour）設定為20，板鏈長度為L=6 m，計算得出V=33.3 mm/s，胎壓檢測所需時間為T=16 s（根據系統特性得出），根據公式可得出小藍工廠N35X線胎壓檢測系統中，光電傳感器在低頻天線板上安裝的位置范圍為

Y向位置范圍：0≤Y≤744.5；

X向位置范圍：744.5≤X≤1380-33.3×16=847。

計算出光電傳感器位置范圍后，需要進一步確認傳感器位置在合格范圍內，在哪個區間的合格率最高，可以用MINITAB中的回歸方程計算[7]，同樣以小藍工廠N35X線為例，過程如下：首先在700～740、750～800、850～900三個區間各隨機取2個點，每個點收集一周數據，統計合格率，將數據輸入系統，采用回歸方程分析，通過回歸方程在MINITAB軟件中生成的擬合圖[6]確定最佳位置點，如圖5所示。結論：P＜0.05，輪胎到位傳感器水平位置是關鍵因子，當X向位置在790 mm～800 mm，合格率最高。

圖5 回歸方程擬合線圖

同理可得出，輪胎到位傳感器垂直位置是關鍵因子，當Y向位置在460 mm～470 mm時，合格率最高。

優化措施：根據計算方法，將光電傳感器調整至最佳位置。

為了驗證措施的有效性，收集了N35X線措施前后各一個月的數據作對比（數據收集時間在系統規則調整改善措施執行以后，避免兩個措施相互干擾），改善前故障率為2.8%，改善后故障率為1.0%，故障率下降了64.3%。

3 總結

根據軟件輸出的擬合線圖及殘差圖[6]可得出

根據小組的深入分析，影響生產線胎壓檢測的因子以及根據因子制定的改善措施如表1所示。

表1 平衡機各項參數的影響因素

本文從現場工人操作、檢測系統規則、自動檢測過程三個方面分析了胎壓檢測過程，對過程中的主要影響因子進行深度剖析，并制定了相應的改善措施。首先，員工操作方面，現場工藝要規劃好前后道工序的順序，避免由于不合理的操作順序導致車輛信號的誤觸發；其次，檢測規則需要根據現場鏈速、工位排布來制定；最后，胎壓傳感器位置至關重要要，傳感器放置的位置一定要契合生產線所有生產車型的外形尺寸、軸距，并且與檢測規則相互配合，才能準確無誤地讀取到胎壓信號。