一种符合国标要求的乘用车胎压监测系统设计.pdf

59Designresearch/设计研究汽车电器2 0 2 3年第8 期一种符合国标要求的乘用车胎压监测系统设计李宽，李雨龙（一汽奔腾轿车有限公司奔腾开发院，吉林长春130 0 12）【摘要】作为汽车重要的组成部分，轮胎性能主要考量的因素是轮胎的气压，轮胎的气压会影响轮胎的使用性能并且降低其使用寿命，最终影响到行车安全。随着市场和技术的发展，胎压监测系统已经成为强制性国标要求，所有M1类车辆必须装备有符合国标的胎压监测系统。本文从国标要求出发，介绍一种符合国标要求的乘用车胎压系统设计，为主机厂提供参考。【关键词】胎压；国标；胎压报警中图分类号：U463.341Design of a Tire Pressure Monitoring System for Passenger Vehicles Meeting(Development Department,FAW Bestune Car Co.,Ltd.,Changchun 130012,China)Abstract】A s a n i m p o r t a n t p a r t o f t h e a u t o m o b i l e,t h e m a i n f a c t o r t o c o n s i d e r t h e t i r e p e r f o r m a n c e i s t h e t i r epressure,which will affect the tire performance and reduce its service life,and ultimately affect the driving safety.With the development of market and technology,the tire pressure monitoring system has become a mandatorynational standard requirement.All M1 vehicles must be equipped with a tire pressure monitoring system that conformsto the national standard.This paper introduces the design of a passenger vehicle tire pressure system that meets therequirements of the national standard and provides a reference for the OEMs.Key words tire pressure;national standard;tire pressure alarm作者简介李宽（198 5一），男，工程师，研究方向为汽车电气领域，完成多款车型的T-BOX、BCM 设计开发、项目管理工作。轮胎作为汽车重要的部件之一，不仅关系到汽车的操控性能，更关乎驾乘人员的生命安全。轮胎故障是交通事故发生的重要原因之一，特别是在高速、高温和重载的情况下，轮胎的胎压稳定性对于车辆安全至关重要。随着经济和技术的发展，越来越多的车辆配置了胎压监测系统，来避免行车胎压问题。相应的胎压国家标准也从推荐性标准变为强制性标准。各整车厂也随之开发和配置符合国标要求的胎压监测系统，来满足用户需求，提高行车安全性。1国标要求分析汽车胎压系统需要遵循国标GB26149乘用车轮胎气压监测系统的性能要求和试验方法。历史沿革有2 0 10 和2017两种版本，最新应该遵循CB261492017版本要求：自2 0 19年1月1日起，中国市场所有新认证乘用车必须安装胎压监测；自2 0 2 0 年1月1日起，所有在产乘用车开始实施强制安装。对比2 0 10 和2 0 17 两种版本，由原来的推荐性国家标准变为强制性国家标准；适用范围由原来的M和N类车辆变为收稿日期：2 0 2 3-0 2-10文献标志码：A文章编号：10 0 3-8 6 39(2 0 2 3）0 8-0 0 59-0 2the Requirements of the National StandardLI Kuan,LI Yu-long2胎压系统介绍轮胎气压监测系统（Tire PressureMonitoring Systems）TPMS是安装在车辆上能实时监测轮胎气压参数，并以视觉信号（也可包括听觉信号）进行显示和报警，以提高汽车行驶安全性，并减少因气压不足或过高造成轮胎加速磨损和车辆能耗增加的辅助系统。2.1I类轮胎气压监测系统一般认为I类轮胎气压检测系统为直接式胎压监测系统。直接式胎压监测主要由胎压传感器、报警控制器和报警显示单元构成，是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，使用无线发射原理将压力信息从轮胎内部发送到控制器模块上，然后对各轮胎气压数据进行显示和分析，并对异常进行报警。直接式胎压系统优点是响应快、直观准确，可以直接显示胎压具体数值，缺点是成本较高。2.2类轮胎气压监测系统一般认为类轮胎气压检测系统为间接式胎压监测系统。间接式胎压监测系统是通过ABS/ESC系统的轮速传感器信号和侧向加速传感器信号来比较和分析轮胎之间的转速适用于M1类车辆；由于是强制性标准，2 0 17 版本只规定了与安全相关的欠压报警、故障报警和开机检查信号装置等核心功能要求和试验方法；并增加了轮胎气压监测系统的分类。设计研究/Designresearch60-AutoelectricpartsNo.08,2023差别。当轮胎压力降低时，车辆的质量会使轮胎直径变小，通过这种变化来触发欠压报警。间接式胎压系统的优点是成本低，但是缺点也很明显，无法确定故障轮胎位置，反应慢，报警不及时；系统标定复杂，在某些特殊地形时，容易出现误报；在一些特定情况下，系统还会出现无法正常工作的情况，例如，当同一轴的2 个轮胎的气压同步较低时，就不会报警。由于I类轮胎气压监测系统响应快速，性能更优秀，本文以类为例进行系统设计分析。3轮胎气压监测系统功能设计1）开机自检功能主要是检查报警信号显示装置的可用性。当车辆点火开关ON（RU N）状态时，需要点亮报警灯以检查报警灯是否工作正常；检查完毕后，报警灯应该熄灭。2）欠压（underinflation）是指轮胎气压小于或等于车辆推荐轮胎气压（Prec）的7 5%。类TPMS系统需要在欠压发生的10s内发出光学报警信号，并指示出欠压轮胎的具体位置。3）T PM S系统需要具备基本的故障检测功能，并在发生故障的10 min内点亮故障报警信号。故障包含胎压传感器电池无电或电量低，车辆安装了与TPMS系统不兼容的轮胎，胎压传感器信号丢失，接收到的压力值错误等。4轮胎气压监测系统设计类轮胎气压监测系统主要由胎压监测模块、报警控制器和报警显示单元构成。4.1胎压传感器胎压传感器安装在汽车轮胎上，能够准确测量轮胎内部的压力，传感器通过无线形式按照一定的规律向报警控制器发送预处理的报警信息和轮胎的压力值。如图1所示。胎压传感器需具备如下能力。胎压传感器随时监控轮胎气压状况，并对所监控的数据进行预处理，可识别胎压是否处于欠压状态。胎压传感器内部应该有加速度传感器，可识别轮胎旋转加速度，能够识别出车辆处于运行状态还是低速或停止状态。胎压传感器具备无线发射模块，能够以433Hz频率发送胎压信息，为节省胎压传感器电池能源，无线发射模块设计了报警模式、正常模式、红灯模式和休眠模式。1）报警模式：当胎压传感器监测到轮胎欠压，进人报警模式，以1s为周期发送报警信息，持续1min。在1min后，恢复到正常模式。当轮胎胎压变化较大（通常取胎压变化大于30 kPa)，为更新胎压值，也需要进人报警模式。2）正常模式：加速度传感器识别到车辆正常高速行驶，且监控的轮胎气压非欠压状态，胎压信息以18 0 s的周期发送。3）红灯模式：加速度传感器识别到车辆低速行驶或停止，且监控的轮胎气压非欠压状态，此时进入红灯模式，胎压信息以18 0 s的周期发送，保持10 min后进人休眠状态。4）休眠模式：休眠模式下，无线发射模块不工作，降低电能消耗。当收到低频触发命令时，比如车辆在产线使用触发工具触发和匹配的情况下，才会立即发送1包数据。4.2报警控制器为降低成本在实际实现过程中报警控制器功能通常由车身控制单元（BCM）完成。通过无线方式接收胎压和胎压报警信息，并对信息进行判断处理，并通过总线发送报警和胎压信息给报警显示单元显示。报警控制器需要具备如下能力。1）报警信息处理：由于车辆高速行驶且道路坑洼情况不同，胎压传感器有误进人报警模式的情况。为避免误报警，报警控制器需要对报警信息进行处理。通常原则为连续5的胎压值持续小于等于标准轮胎气压值的7 5%+7 kPa，则判定欠压报警。如果再次收到该轮胎有3帧胎压值大于标准轮胎气压值的7 5%+7 kPa，则停止报警。2）系统故障判断：当报警控制器接收到的压力值错误；车辆运行状态下长时间传感器信号丢失；收到任一传感器电池电量低；任一传感器未学习等问题时，报警控制器需要发出系统故障信息给报警显示单元进行故障显示。3）胎压记忆功能：为节省胎压传感器电池电能，胎压传感器会进人休眠模式，不会发送胎压信息，此时需要使用报警控制器记录的胎压值进行显示。系统运行状态下，接到胎压信息后，需记录并更新当前每个轮胎的气压值。当未接到胎压信息更新时，调用最后一次记录的轮胎数据作为缺省值显示。4.3报警显示单元报警显示单元通过总线接收报警控制单元的信息，负责对胎压值和报警信息的显示。通常显示功能集成在汽车仪表里。对于I类TPMS系统，不仅需要显示报警信息，而且还需要显示报警轮胎具体位置。显示方式如图2、图3所示。图1胎压传感器安装示意图厂L图2 胎压报警显示方式15减少电能消耗设计胎压传感器设计寿命一般要求为8 年或10 万公里，以车辆每天行驶4h，每月行驶30 天计算。以英飞凌SP40+胎压传感器芯片为例，其射频发射电流=7 mA，静态电流=0.7 A，可见传感器主要能源消耗在发射过程。为减少发射电能消耗，一般无线发射采用FSK调制方式，9.6 kb/s，每包6 帧，正常工作情况下18 0 s发射一次。(下转第6 3页)7厂L图3胎压报警显示方式2763Designresearch/设计研究汽车电器2 0 2 3年第8 期表1关联件功能详细描述驳运限速方案关联件（屏有提示功能）下线设备（EOL）：写人开启驳运模式指令功能发动机控制模块（EMS)：收到诊断仪/TBOX远程平台发送的驳运模式指令（0 10 B)后，执行驳运过程中限速功能并发出驳运模式开启信号(Transfer mode)大屏(ICU)：收到驳运模式开启信号后显示驳运限速标识符和提示驳运限速功能打开字样，同时在驳运模式下限制使用功放1）下线设备驳运写人开启指令2)诊断仪/TBOX式开启信号，不允许开启鼓风机、后除霜平台驳运写人关闭/解除指令座椅控制器或域控(DSM/BDM)：收到驳运模式开启信号，不允许使用加热、通风、按摩车身控制器（BCM）：收到驳运模式开启信号，不允许使用方向盘加热诊断仪：驳运限速指令开启/解除模式功能(0 10 B)网关(TBOX)/平台：对驳运指令(O10B)和驳运模式信号（Transfermode)信号路由转发，同时TBOX远程平台驳运限速指令开启/解除模式功能开启车速限制开启车速限制成功(a)开启车速限制图4诊断仪开启和关闭驳运车速限制成功示例图3总结1）提高驳运安全性。物流公司驳运驾驶员为争取多完成任务，减少驳运时间，常在驳运驾驶途中有超速行为，极大地影响行车安全和给公司财产带来极大的损失，实现驳运限速功能，确保驳运驾驶员人身安全。2）防止商品车驳运海外途中运输时间长，容易造成车辆馈电，降低运输效率，提高运输成本，造成客户抱怨。在驳运过程中，由于各控制器在非启动ON/ACC、怠速及低速行驶应用场景较多，控制器功耗大和整车发电机发电量小，极容易导致蓄电池电量不足，出现车辆驳运途中馈电，造成车辆无法启动。需在驳运途中禁用整车舒适娱乐功能，保证蓄电池可持续充电，防止驳运过程中整车蓄电池馈电。(上接第6 0 页）6结束语本文设计了一种符合国标要求的乘用车胎压监测系统，主要讲解了从推荐性国标到强制性国标的变化内容。设计满足强制性国标最低要求的胎压系统功能，设计了由胎压传感器、报警控制器、报警显示单元构成的胎压监测系统，并对如何提高胎压传感器系统设计寿命进行了讨论。3）减少驳运过程中因意外事故发生而造成运输成本提高。4）提高整车蓄电池的使用寿命，提高产品品质，减少客户抱怨，让客户可以享受更多整车服务。5）大大降低售后车辆馈电问题，减少售后服务成本，规避售后馈电品质问题，提高产品品牌影响力。4结束语随着智能汽车高速发展，汽车已成为每家每户必需交通工具，国内品牌和国际品牌的生产商对商品车驳运过程的安全性和减少驳运安全事故率特别重视，虽然无法规避此类问题，驳运限速功能的实现可以极大降低驳运事故率空调控制器或域控（IPM/BDM)：收到驳运模和提高商品车品质保障。本文研究分析了汽车驳运限速系统的设计开发和实现方法，通过售后诊断仪（X431-PAD3）、车间电检设备（EOL)或远程TBOX平台发送驳运限速指令（0 10 B）给发动机控制模块（EMS)，发动机控制模块（EMS）收到指令后执行限速功能和进行信号处理后发出驳运模式信号（Transfermode），对应功耗大的控制器收到驳运模式信号后禁用部分功能，保证控制器进入较低功耗工作。同时双屏上会有进人驳运限速模式显示，使得在驳运途中蓄电池可以一直保持充电状态，防止蓄电池馈电。最后商品车到达终端4S店时，销售经理再通过诊断仪（X431-PAD3）关闭驳运限速功能，确保整车恢复到正常功能。该方法是一种很有效的关闭车速限制驳运限速系统设计实现方法，一方面提高蓄电池使用寿命，关闭车速限制成功规避售后车辆馈电品质问题和提高品牌影响力，另一方面实现提高驳运安全性和降低驳运事故率而造成公司人身财确定产的损失，给客户带来更多的功能信任和减少客户抱怨。(b)关闭车速限制参考文献：1唐永明，苏斌。面向服务架构体系的研究 计算机技术与发展，2 0 0 7(3)：132-134，137.2 吴家菊，刘刚，席传裕，等基于Web服务的面向服务(SOA)架构研究.现代电子技术，2 0 0 5（14)：1-4,7.3 马旺旺.论面向服务架构(SOA)设计及其应用D.石家庄：石家庄铁道学院，2 0 2 0.4叶云.基于SOA的应用系统的设计与实现D.长沙：中南大学，2 0 10.5 李志鹏.基于SOA的办公自动化系统设计与实现D.郑州：中国人民解放军信息工程大学，2 0 15.6李艳阳。一个SOA框架的设计、实现和应用D.长春：吉林大学，2 0 0 7.(编辑凌波）参考文献：1 GB261492010，乘用车轮胎气压监测系统的性能要求和试验方法S.2 CB261492017，乘用车轮胎气压监测系统的性能要求和试验方法S.(编辑杨景）