TPMS胎壓檢測系統介紹及工廠實施方案

宋明益

摘 要：TPMS（Tire Pressure Monitoring System）作為一種輪胎壓力監測系統，可以進行輪胎壓力和溫度等狀態的監測和異常情況的報警，提醒駕駛人及時處理，提高汽車駕駛的安全性、經濟性和舒適性，是智能輪胎技術的一個非常重要的應用。本文從TPMS類型、胎壓傳感器信號解析、工廠標定環境要求三個方面展開分析，目的為TPMS在工廠內標定提供一個較為理想的實施方案。

關鍵詞：TPMS 信號解析 工位布置

1 引言

本文介紹了常見的TPMS類型、TPMS胎壓傳感器技術要求、天線板布置方式及成功率影響因素分析，為在具有TPMS檢測要求的主機廠提供建議及規劃指導。

2 TPMS介紹

2.1 TPMS工作原理

待檢車輛在主線工位移動，TPMS設備根據車輛位置依次觸發左前，右前，左后，右后4個胎壓傳感器，讀取胎壓ID值并上傳對應系統。

a） 針對不同形式的胎壓傳感器（軸向、切向）天線板采用不同線圈發射低頻信號激活胎壓傳感器。

b） 傳感器被激活后返回帶有胎壓、胎溫、輪胎ID信息的高頻信號，不同供應商采用不同的胎壓通訊協議。

c） 天線板是通過控制低頻信號的影響范圍來控制讀取的輪胎（即防讀穿）。

d） 任何標示位相同，頻段一致的高頻信號都會被天線板識別讀取。

2.2 TPMS類型

主要類型包括間接式TPMS、直接式TPMS、混合式TPMS和無源式TPMS[1]。

a）間接式TPMS

通過車輛ABS上系統上的輪速傳感器來比較四只輪胎的轉速來實現欠壓報警：如果其中一只輪胎氣壓降低，車輛重量會使該輪直徑變小，行駛相同的距離該車輪轉速就會與其他車輪不同，當差別很大時就儀表就會發出異常胎壓報警。

b）直接式TPMS

通過安裝在輪胎里的壓力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[2]。

c）混合式TPMS

是結合直接式TPMS和間接式TPMS的優點而提出的一種TPMS結構。

d）無源式TPMS

為一種無電池的TPMS，通過能量收集器、電磁耦合或無源無線聲表面波器件為TPMS的輪胎模塊提供能量，實質上也是一種直接式TPMS，為了區別于采用電池供電的直接式TPMS，稱為無源TPMS。

3 TPMS傳感器分析

3.1 胎壓傳感器類型介紹

常見的胎壓傳感器分為切向傳感器和軸向傳感器。

a）切向傳感器

胎壓傳感器內含天線線圈垂直于傳感器氣門嘴桿方向，安裝在輪胎上后，平行于車輪。工廠TPMS設備測試時，天線板需發射切向磁場，使其通過天線線圈產生感應電動勢。

b）軸向傳感器

胎壓傳感器內含天線線圈平行于傳感器氣門嘴桿方向，安裝在輪胎上后，垂直于車輪。工廠TPMS設備測試時，天線板需發射軸向磁場，使其通過天線線圈產生感應電動勢。

3.2 胎壓傳感器信號解析

胎壓傳感器通訊協議一般會由主機廠定義各自平臺化LF/RF協議，下文舉例介紹了一種LF/RF協議通訊log中各字段的定義說明。

a）LF信號

前導碼16bit，同步段9bit，Wake Up ID 16bit（LF信號前8bit為0xFFF7，后8bit為指令），用戶段Data 16bit。除了Wake Up ID后8bit代表具體指令，其余在LF信號中不代表具體信息。

b）RF信號

前導碼16bit，ID 32bit，壓力8bit，溫度8bit，加速度8bit，工廠信息8bit，功能8bit，CRC 8bit。

4 TPMS工位布置

4.1 設備安裝要求

本節主要介紹工廠設備安裝注意事項及關鍵點。

a） 胎壓天線板安裝高度根據車間實際抱具上整車高度進行設置，要求保證輪胎全部位于天線板范圍內；

b）胎壓天線板距離輪胎（200-500）mm，實際距離需根據現場車型調試進行設置，要求滿足該車間所有在產車型的TPMS匹配距離；

c） 胎壓天線板支架不能形成回路；

d） 胎壓光電開關安裝位置：RFID（射頻識別技術，主機廠多采用此方式識別車輛）觸發開關距離天線板不超過500mm，輪胎檢測觸發開關放置天線板邊緣；

e） 安裝環境要求工位周邊無強磁、強電干擾；

f）設備集成廠家需保證RFID讀取合格率100%（除人為因素干擾）；

g） 控制軟件策略，通過胎壓激活設備來獲取傳感器ID值；

h）車輛輪胎檢測光電開關采用對射方式；

4.2 設備地面布置方式

本節介紹TPMS設備地面布置方式

a） 線體運行節拍/速度：根據基地主線速度調整；

b） 線體上安裝設備區域不得有其他高頻設備使用，避免信號干擾；

c） 設備安裝工位區域需長度6300mm，寬4600mm的直線距離，工位旁需預留0.5m2-1m2布置機柜；

d） 設備區域內禁止其他裝配操作或者人員進入，建議增加圍欄并設警示提醒牌；

e） 地面布置建議選擇最終線第一個工位，避免人為因素的干擾；

4.3 設備空中布置方式

本節介紹TPMS設備空中布置方式。

a） 線體運行節拍/速度：根據基地主線速度調整；

b） 線體上安裝設備區域不得有其他高頻設備使用，避免信號干擾；

c） 設備安裝工位區域需長度6300mm，寬4600mm的直線距離，工位旁需預留0.5m2-1m2布置機柜；

d） 設備區域內禁止其他裝配操作或者人員進入，建議增加圍欄并設警示提醒牌；

e） 高平臺工位線體需設置變頻電機或者工頻電機（速率匹配主線節拍），控制車輛均速通過胎壓設備，要求其速度運行的線體長度不小于8000mm；

f） 設備安裝區域單側要求承重需滿足不小于1000kg；

g） 天線板距離輪胎小于500mm；

h） 高平臺U形線體設備布置：并行線體需間隔距離至少大于6000mm，同時建議線體內測天線板外側增加鐵欄桿或鐵網；

i） 車輛輪胎需平行于天線板進入測試區域；

5 成功率影響因素分析及優化方向

5.1 成功率影響因素分析

a）天線板與車的距離

對于軸向傳感器，距離越近信號強度越大，影響范圍越大。當發送的低頻信號影響到對側輪胎時，如果對側輪胎較本側輪胎更靈敏，此時就會發生左右輪串讀現象。

對于切向傳感器，由于其信號方向平行天線板，如要使本側胎壓有足夠強度的信號被激活，天線板越遠，信號影響范圍越大，極有可能導致前后輪串讀現象發生。

b）左右天線板徑向距離

天線板徑向距離過大可能會造成前車還未完成測試循環，后車已讀取到VIN而開始測試造成前后車干擾。

天線板徑向距離過小易導致信號區重疊而導致干擾。

c）RFID光電開關距離

RFID光電距離過遠也容易導致前后車干擾現象。

d）工位長度

若工位長度相對較小，所生產車型車長相對又較大，則前后車間距小，易造成前后車干擾。

e）車輪光電開關距離

車輪光電開關距離板來向板邊緣過遠，在工位較小的情況下也會存在前后車干擾的可能性。

f）人員因素

當前車輛在測試循環中，人員闖入胎壓測試區域誤觸發結束對射傳感器，則會導致RFID誤讀取下臺車，而產生前后車干擾現象。

g）線速

線速是影響TPMS成功率的最大因素，線速過快會導致車輪停留天線板區域時間短，胎壓激活時間不夠，或者天線板初始化完畢后輪胎已離開最佳激活區域而造成胎壓合格率下降。

h）信號干擾

天線板周圍存在其他低頻信號，存在信號干擾，導致激活胎壓傳感器成功率下降。

5.2 胎壓合格率優化方向

表1總結了TPMS胎壓設備常見優化方向。

6 結語

TPMS胎壓監測系統作為汽車安全系統之一，在汽車發展日新月異的今天，已經越來越受到相關方的重視[3]。本文從TPMS系統原理切入，簡單闡述了胎壓傳感器信號類型及工廠布置方式和優化方式，為各需求方后續TPMS設備規劃提供相關內容的參考。

參考文獻：

[1]范勇. 單向通信汽車輪胎壓力監測系統設計及實現技術研究 . 重慶大學，2007.

[2]李東錦. 胎壓監測系統的研究. 成都理工大學，2014.

[3]余超. 基于無線傳輸的輪胎壓力監測系統的研究. 桂林電子科技大學，2012.