TPMS檢測設備通過率提升的研究及應用

武利偉 朱旺 楊超 顧金龍

摘 要：本文針對汽車生產制造過程中，TPMS檢測設備現場檢測通過率低的問題，分析測試過程中的問題現象及原因，提出TPMS檢測設備的工藝測試流程優化方案，將通過率提升至99%以上，有效提高現場生產效率及線體一次通過率，可為TPMS檢測設備方案規劃、工藝流程制定、現場安調及問題解決提供借鑒和參考。

關鍵詞：TPMS檢測設備 汽車制造 通過率提升

Abstract：Aiming at the low pass rate of TPMS testing equipment in the automobile manufacturing process， this paper analyzes the problem site and cause in the testing process， and puts forward the process optimization scheme of TPMS testing equipment， which improves the pass rate by more than 99% and greatly improves on-site production efficiency and once pass rate of line body， this study can provide reference for TPMS testing equipment program planning， technological process formulation， on-site installation and debugging and related problem solving.

Key words：TPMS testing equipment， automobile manufacturing， Pass rate improvement

1 前言

TPMS（Tire Pressure Monitoring System，胎壓監測系統）是安裝在車輛上，以某種方式監測輪胎氣壓，并在一個或多個輪胎欠壓時報警，以確保車輛行駛安全的輔助系統。自2018年1月1日起，我國開始實施強制性國家標準GB 26149-2017《乘用車輪胎氣壓監測系統的性能要求和試驗方法》，并將此標準納入《道路機動車輛生產企業及產品公告》管理[1]。該配置現在已是較為普遍且對車輛行駛安全十分重要的車輛功能之一。

2 TPMS基本原理及分類

目前，TPMS主要分為間接式和直接式兩種[2]。

間接式TPMS是通過車輛ABS系統的輪速傳感器來比較四只輪胎的轉速，從而實現欠壓報警。間接式TPMS是在輪胎轉速不同時向駕駛員提供異常報警的，屬于事后被動型。直接式TPMS是通過安裝在輪胎里的傳感器來直接測量輪胎的氣壓、溫度等信息，利用無線發射器將壓力等信息從輪胎內部發送給中央接收器單元，在儀表盤顯示每個輪胎的氣壓數據，當輪胎氣壓過低或漏氣時系統會自動報警，屬于事前主動防御型[3]。目前汽車市場上較為主流的配置為直接式TPMS。

直接式TPMS在汽車制造中，生產線需要通過TPMS檢測設備將每臺車已裝配的四輪胎壓ID讀取并按照規定的順序與VIN一起上傳，之后通過電檢設備或其他的通訊設備，將胎壓ID寫入車輛對應的ECU。整個讀取過程中，VIN及四個輪胎的胎壓ID，任何一個數據未讀到或讀取錯誤，即該車讀取失敗，需線下使用返工工具重新讀取。本文通過分析影響TPMS檢測設備讀取通過率的因素，研究通過率提升的方案。

3 TPMS檢測設備介紹

TPMS檢測設備的檢測原理主要是通過設備天線板的線圈發送低頻信號將安裝在車輛輪胎的胎壓傳感器激活，并將胎壓傳感器通過高頻信號返回的胎壓ID等信息處理、記錄，并上傳至工控機或其他系統。

3.1 硬件構成

TPMS檢測設備主要由：工控機&機柜、RFID讀碼器、光電傳感器、天線板、控制系統、圍欄等組成，詳見圖１：

3.2 TPMS檢測設備工藝流程

TPMS檢測設備現場測試流程如圖2：

①車輛在生產線由滑板或吊具帶動，全程勻速通過TPMS檢測工位。

②RFID光電傳感器被車身遮擋觸發，RFID讀碼器讀取車身上的RFID標簽，截取并記錄其中的VIN信息。

③左側天線板光電傳感器被左前輪遮擋觸發，左側天線板通過內部的線圈發送低頻激活信號，右側天線板通過內部的線圈發送干擾信號。左前輪的TPMS傳感器被低頻信號激活后，發射包含傳感器ID的高頻信號。設備截取記錄其中的ID值，作為左前輪胎壓ID。

④右側天線板光電傳感器被右前輪遮擋觸發，右側線板通過內部的線圈發送低頻激活信號，左側天線板通過內部的線圈發送干擾信號。右前輪的TPMS傳感器被低頻信號激活后，發射包含傳感器ID的高頻信號。設備截取記錄其中的ID值，作為右前輪胎壓ID。

⑤左側天線板光電傳感器被左后輪遮擋觸發，同步驟③測試流程，設備截取記錄其中的ID值，作為左后輪胎壓ID。

⑥右側天線板光電傳感器被右后輪遮擋觸發，同步驟④測試流程，設備截取記錄其中的ID值，作為右后輪胎壓ID。

⑦工控機將四輪胎壓ID按照規定的順序排列后與車輛VIN一起上傳至電檢服務器。

⑧車輛離開TPMS檢測工位，等待下臺車輛進入。

4 TPMS檢測設備通過率影響因素及解決方案

TPMS檢測設備需滿足工廠內不同車型、不同輪胎和不同胎壓傳感器共用，但實際調試過程中發現無法同時保證現場以上所有場景的TPMS檢測通過率。通過分析TPMS檢測失敗車輛的數據，發現主要問題現象如下：

問題現象1：輪胎尺寸較大的車輛胎壓獲取成功率較低且主要失敗形式為未獲取到輪胎ID；

問題現象2：車輛間數據讀串，現場存在前后2臺車輛A和車輛B，設備記錄車輛A的數據，實際部分數據來源于車輛B。并且設備中無車輛B檢測記錄的情況。

問題現象3：車輛內部數據讀串，現場實際存在2種胎壓傳感器，1種傳感器主要存在左前輪與左后輪讀串、右前輪與右后輪讀串的問題；另1種傳感器主要存在左前輪與右前輪讀串、左后輪與右后輪讀串的問題。

問題現象4：現場讀取失敗的車輛，未讀取到胎壓ID與多個輪胎ID讀串的比例基本一致。

4.1 問題1原因分析及優化方案

原因分析：設備天線板的光電觸發后，設備設定了最大讀取時間t秒，如在t秒內未讀取到胎壓ID則判定讀取超時，該輪胎讀取失敗。當天線板的光電傳感器觸發時，如胎壓傳感器在輪胎的3點鐘方向，大尺寸輪胎會存在胎壓傳感器還未進入天線板的情況。如果此時線體臨時停線t秒以上，則設備判定未讀取到輪胎ID，該輪胎直接記錄讀取失敗。

優化方案：將“延時t秒判定超時”調整為“下個光電傳感器觸發判定超時”，如左側天線板一直未讀取到胎壓ID，此時右側天線板光電傳感器觸發，則判定左側輪胎讀取超時，左側讀取失敗，同步開始右側天線板的讀取；同時TPMS設備接入并判斷主線的停線信號，如接收到停線信號，則天線板停止讀取，停線信號解除后天線板重新開始讀取。避免異常情況下，設備持續無法讀取到胎壓ID，如果發生長時間停線或休息，出現持續不間斷讀取的現象，減輕設備負擔。優化邏輯后，可以在不調整光電傳感器硬件位置的情況下，兼容不同輪胎尺寸，并且可保證設備讀取時間最大化，天線板利用最大化，有利于減少輪胎ID未讀取到的情況發生，提升通過率。

4.2 問題2原因分析及優化方案

原因分析：TPMS光電傳感器的監測邏輯為：RFID光電傳感器（讀取A車VIN）→左側天線板光電傳感器（A車左前輪ID讀取）→右側天線板光電傳感器（A車右前輪ID讀取）→左側天線板光電傳感器（A車左后輪ID讀取）→右側天線板光電傳感器（A車右后輪ID讀取）→RFID光電傳感器（讀取B車VIN）→……

現場輪胎裝配設備故障時，會存在2個前輪或2個后輪未裝配的情況。如A車輪胎裝配存在問題，未裝配的輪胎無法觸發光電傳感器。此時，設備記錄的A車前、后輪胎ID實際可能為A車的后輪ID+B車的前輪ID，或A車的前輪ID+B車的前輪ID。而B車實際在設備中無VIN的數據記錄，即同時導致B車檢測失敗。

優化方案：調整RFID光電傳感器位置，保證每臺車整個檢測過程中只觸發1次。TPMS檢測設備在整個測試過程中一直監測RFID的光電傳感器信號，如接收到觸發信號，先執行復位指令，結束并記錄本次的讀取數據。同時開始讀取車輛VIN，進行下臺車的測試流程。優化光電傳感器邏輯后，減少因其他設備異常和設備邏輯漏洞，從而影響通過率的情況。

4.3 問題3原因分析及優化方案

原因分析：現場存在2種類型胎壓傳感器，一種為內含線圈平行于傳感器氣門嘴桿方向的軸向傳感器，一種為內含線圈垂直于傳感器氣門嘴桿方向的切向傳感器。如下圖：

TPMS檢測設備讀取激活胎壓傳感器的過程，實際是天線板通過線圈發射脈沖磁場，使TPMS傳感器內部的線圈產生電流被激活，然后將ID、胎溫、胎壓等信息通過高頻信號傳出的過程。該過程中切向與軸向TPMS傳感器的激活，需要不同方向的磁場，即設備的天線板需要使用不同方向的線圈發送低頻信號。

優化方案：針對軸向TPMS傳感器，設備的天線板采用軸向磁場的線圈發送低頻信號。針對切向TPMS傳感器，設備的天線板增加切向磁場的線圈發送低頻信號。對于不同的TPMS傳感器采用不同的模式測試，減少因胎壓傳感器線圈方向差異導致的通過率問題。

4.4 問題4原因分析及優化方案

原因分析：未讀取到胎壓ID，在排除其他異常因素后，需增加天線板讀取功率；多個輪胎ID讀串，則是因為正在檢測的TPMS胎壓傳感器尚未激活，而該車另一輪胎的胎壓傳感器靈敏度較高，接收到低頻信號后搶先激活，設備會記錄到另一輪胎的信息，需降低天線板功率。未讀取到輪胎胎壓ID與多個輪胎輪胎ID讀串的車輛數量基本一致。判斷TPMS傳感器靈敏度一致性較差。

優化方案：除需產品供應商控制TPMS傳感器的靈敏度一致性外。優化TPMS檢測設備讀取流程，調整設備讀取胎壓ID為一小一大兩個功率，即先使用較小的功率讀取，如在設定時間內未讀取到胎壓ID，則調整為較大的功率讀取，直至讀取到胎壓ID或下個光電傳感器被觸發為止。第一次小功率讀取的設定時間需根據TPMS傳感器的低頻響應時間設定。TPMS傳感器的低頻響應時間為傳感器的低頻采樣周期，第一次讀取功率的設定時間需保證最少1個完整的采樣周期。按方案調整后可減少TPMS傳感器本身的靈敏度差異對現場設備讀取的影響，提升通過率。

5 結語

通過實施以上的優化方案， TPMS檢測設備對現場不同車型、輪胎和胎壓傳感器，通過率均可達到99%以上，有效減少了員工線下返工讀取胎壓ID的工作量，提升了現場生產效率及線體的一次通過率。可為TPMS檢測設備的方案規劃、工藝流程制定、現場安調及問題解決提供借鑒參考。

參考文獻：

[1]王洪巖，段國浩，王玉磊.行車過程中胎壓監測性能測試系統研究[J].上海汽車，2020.10.

[2]梁晨.汽車胎壓監測系統在中國未來發展趨勢分析[J]. Automobile Parts，2017.02.

[3]龐敬禮.淺談汽車輪胎壓力監測系統（TPMS）[J].Science & Technology Information，2011.19.