TPMS胎压检测系统介绍及工厂实施方案_宋明益.pdf

190 AUTO TIMETRAFFIC AND SAFETY|交通与安全1引言本文介绍了常见的 TPMS 类型、TPMS胎压传感器技术要求、天线板布置方式及成功率影响因素分析，为在具有 TPMS 检测要求的主机厂提供建议及规划指导。2TPMS 介绍2.1TPMS 工作原理待检车辆在主线工位移动，TPMS设备根据车辆位置依次触发左前，右前，左后，右后4个胎压传感器，读取胎压ID值并上传对应系统。a)针对不同形式的胎压传感器（轴向、切向）天线板采用不同线圈发射低频信号激活胎压传感器。b)传感器被激活后返回带有胎压、胎温、轮胎 ID 信息的高频信号，不同供应商采用不同的胎压通讯协议。c)天线板是通过控制低频信号的影响范围来控制读取的轮胎（即防读穿）。d)任何标示位相同，频段一致的高频信号都会被天线板识别读取。2.2TPMS 类型主要类型包括间接式TPMS、直接式TPMS、混合式TPMS和无源式TPMS1。a)间接式 TPMS通过车辆 ABS 上系统上的轮速传感器来比较四只轮胎的转速来实现欠压报警：如果其中一只轮胎气压降低，车辆重量会使该轮直径变小，行驶相同的距离该车轮转速就会与其他车轮不同，当差别很大时就仪表就会发出异常胎压报警。b)直接式 TPMS通过安装在轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压、温度等信息，利用无线发射器将压力等信息从轮胎内部发送给中央接收器单元，在仪表盘显示每个轮胎的气压数据，当轮胎气压过低或漏气时系统会自动报警2。c)混合式 TPMS是结合直接式 TPMS 和间接式 TPMS 的优点而提出的一种 TPMS 结构。d)无源式 TPMS为一种无电池的TPMS，通过能量收集器、电磁耦合或无源无线声表面波器件为 TPMS的轮胎模块提供能量，实质上也是一种直接式 TPMS，为了区别于采用电池供电的直接式TPMS，称为无源 TPMS。3TPMS 传感器分析3.1胎压传感器类型介绍常见的胎压传感器分为切向传感器和轴TPMS 胎压检测系统介绍及工厂实施方案宋明益吉利汽车集团有限公司浙江省杭州市315336摘 要：TPMS(Tire Pressure Monitoring System)作为一种轮胎压力监测系统，可以进行轮胎压力和温度等状态的监测和异常情况的报警，提醒驾驶人及时处理，提高汽车驾驶的安全性、经济性和舒适性，是智能轮胎技术的一个非常重要的应用。本文从 TPMS 类型、胎压传感器信号解析、工厂标定环境要求三个方面展开分析，目的为 TPMS 在工厂内标定提供一个较为理想的实施方案。关键词：TPMS信号解析工位布置Plant TPMS Calibration Implementation SchemeSong Mingyi Abstract：TPMS(Tire Pressure Monitoring System)as a type of tire pressure monitoring system,the monitoring and abnormal situation of tire pressure and temperature can be used to alarm the driver,and to inform the driver of timely treatment,improve the safety,economy and comfort of the car driving,is a very important application of the intelligent tire technology.In this paper,the paper analyzes the requirements of the type about TPMS,the tire sensor signal resolution and the factory calibration environment,and provides a more ideal implementation plan for the TPMS calibration of the plant.Key words：TPMS,signal resolution,station layout图1TPMS原理图FenceThe rear carshould not touchsensor beforethe front carfi nishesVT520VT520FIRAP2X,Display,Scanneroptional KeyboardantennaantennaServerfencesertalStatistic/TPMS datasertalTPMS检测设备磁场结构线圈T(用于测试切向型传感器)线圈A(用于测试轴向型传感器)线圈B(用于测试轴向型传感器)1.一块TPMS检测板中有一个A线圈一个B线圈四个T线圈2.A/B线圈磁场垂直于版面用于检测轴向型胎压传感器。T 线圈磁场平行于版面用于检测切向型胎压传感器。AUTO TIME 191 TRAFFIC AND SAFETY|交通与安全 时代汽车 向传感器。a)切向传感器胎压传感器内含天线线圈垂直于传感器气门嘴杆方向，安装在轮胎上后，平行于车轮。工厂 TPMS 设备测试时，天线板需发射切向磁场，使其通过天线线圈产生感应电动势。b)轴向传感器胎压传感器内含天线线圈平行于传感器气门嘴杆方向，安装在轮胎上后，垂直于车轮。工厂 TPMS 设备测试时，天线板需发射轴向磁场，使其通过天线线圈产生感应电动势。图2胎压传感器示意图卡扣式Faraday气门嘴螺钉外壳电池PCB板及回路天线密封盖子帽子胎压传感器线圈线圈为为于气门芯于气门芯垂直平行切向传感器轴向传感器3.2胎压传感器信号解析胎压传感器通讯协议一般会由主机厂定义各自平台化 LF/RF 协议，下文举例介绍了一种LF/RF 协议通讯 log 中各字段的定义说明。a)LF 信号前导码16bit，同步段9bit，Wake Up ID 16bit（LF 信号前 8bit 为 0 xFFF7，后 8bit 为指令），用户段 Data 16bit。除了 Wake Up ID 后 8bit 代表具体指令，其余在LF信号中不代表具体信息。图3LF信号16bit9bit16bit16bitDataWakeSynchronizationRreambleLF frame data composition is shown in fi gure 1.b)RF 信号前导码16bit，ID 32bit，压力8bit，温度8bit，加速度8bit，工厂信息8bit，功能8bit，CRC 8bit。图4RF信号2Byte4Byte1Byte1Byte1Byte 1Byte1ByteChecksumFunctionFactoryAccelerationTemperaturePressureIDPreamble4TPMS 工位布置4.1设备安装要求本节主要介绍工厂设备安装注意事项及关键点。a)胎压天线板安装高度根据车间实际抱具上整车高度进行设置，要求保证轮胎全部位于天线板范围内；b)胎压天线板距离轮胎（200-500）mm，实际距离需根据现场车型调试进行设置，要求满足该车间所有在产车型的 TPMS 匹配距离；c)胎压天线板支架不能形成回路；d)胎压光电开关安装位置：RFID（射频识别技术，主机厂多采用此方式识别车辆）触发开关距离天线板不超过 500mm，轮胎检测触发开关放置天线板边缘；e)安装环境要求工位周边无强磁、强电干扰；f）设备集成厂家需保证 RFID 读取合格率100%（除人为因素干扰）；g)控制软件策略，通过胎压激活设备来获取传感器 ID 值；h)车辆轮胎检测光电开关采用对射方式；图5设备安装示意图天线板天线板1200RFID300-500200-5004.2设备地面布置方式本节介绍 TPMS 设备地面布置方式a)线体运行节拍/速度：根据基地主线速度调整；b)线体上安装设备区域不得有其他高频设备使用，避免信号干扰；c)设备安装工位区域需长度 6300mm，宽4600mm的直线距离，工位旁需预留0.5m2-1m2布置机柜；d)设备区域内禁止其他装配操作或者人员进入，建议增加围栏并设警示提醒牌；e)地面布置建议选择最终线第一个工位，避免人为因素的干扰；图6设备地面布置示意图对射传感器4对射传感器3天线板控制设备1160810976170030029309543009547153001700控制设备1机柜RFID对射传感器1对射传感器2天线板730717.8905.223454.3设备空中布置方式本节介绍 TPMS 设备空中布置方式。a)线体运行节拍/速度：根据基地主线速度调整；b)线体上安装设备区域不得有其他高频设备使用，避免信号干扰；c)设备安装工位区域需长度 6300mm，宽4600mm的直线距离，工位旁需预留0.5m2-1m2布置机柜；d)设备区域内禁止其他装配操作或者人员进入，建议增加围栏并设警示提醒牌；e)高平台工位线体需设置变频电机或者工频电机（速率匹配主线节拍），控制车辆均速通过胎压设备，要求其速度运行的线体长度不小于 8000mm；f)设备安装区域单侧要求承重需满足不小于 1000kg；g)天线板距离轮胎小于 500mm；h)高平台 U 形线体设备布置：并行线体需间隔距离至少大于 6000mm，同时建议线体192 AUTO TIMETRAFFIC AND SAFETY|交通与安全内测天线板外侧增加铁栏杆或铁网；i)车辆轮胎需平行于天线板进入测试区域；图7设备空中布置示意图3015.2642509009005成功率影响因素分析及优化方向5.1成功率影响因素分析a)天线板与车的距离对于轴向传感器，距离越近信号强度越大，影响范围越大。当发送的低频信号影响到对侧轮胎时，如果对侧轮胎较本侧轮胎更灵敏，此时就会发生左右轮串读现象。对于切向传感器，由于其信号方向平行天线板，如要使本侧胎压有足够强度的信号被激活，天线板越远，信号影响范围越大，极有可能导致前后轮串读现象发生。图8左右串读和前后串读示意图b)左右天线板径向距离天线板径向距离过大可能会造成前车还未完成测试循环，后车已读取到 VIN 而开始测试造成前后车干扰。天线板径向距离过小易导致信号区重叠而导致干扰。图9天线板径向距离过长示意图c)RFID 光电开关距离RFID 光电距离过远也容易导致前后车干扰现象。d)工位长度若工位长度相对较小，所生产车型车长相对又较大，则前后车间距小，易造成前后车干扰。图10工位长度过短示意图e)车轮光电开关距离车轮光电开关距离板来向板边缘过远，在工位较小的情况下也会存在前后车干扰的可能性。f)人员因素当前车辆在测试循环中，人员闯入胎压测试区域误触发结束对射传感器，则会导致 RFID 误读取下台车，而产生前后车干扰现象。图11人员误闯入示意图g)线速线速是影响 TPMS 成功率的最大因素，线速过快会导致车轮停留天线板区域时间短，胎压激活时间不够，或者天线板初始化完毕后轮胎已离开最佳激活区域而造成胎压合格率下降。h)信号干扰天线板周围存在其他低频信号，存在信号干扰，导致激活胎压传感器成功率下降。5.2胎压合格率优化方向表1总结了TPMS胎压设备常见优化方向。6结语TPMS 胎压监测系统作为汽车安全系统之一，在汽车发展日新月异的今天，已经越来越受到相关方的重视3。本文从TPMS 系统原理切入，简单阐述了胎压传感器信号类型及工厂布置方式和优化方式，为各需求方后续 TPMS 设备规划提供相关内容的参考。参考文献：1 范勇.单向通信汽车轮胎压力监测系统设计及实现技术研究.重庆大学，2007.2 李东锦.胎压监测系统的研究.成都理工大学，2014.3 余超.基于无线传输的轮胎压力监测系统的研究.桂林电子科技大学，2012.表1TPMS设备优化分析序号失效模式原因分析优化方案1234567胎压传感器ID读错误胎压传感器ID无法读取胎压传感器损坏返修更换胎压传感器，返修TPMS设备增加天线板关电开关离开信号，物理上使读取时间足够长 调整光电开关到最佳位置调整同侧激活信号功率大小合适调整同侧激活信号功率大小合适优化程序：对侧干扰信号发射成功后同优化程序：同侧激活信号停止发射后再停止对侧干扰信号发射侧激活信号再发射对侧干扰信号功率大小调整合适对侧干扰信号功率设置低对侧干扰信号早于同侧激活信号停止发射对侧干扰信号晚于同侧激活信号发射同侧激活信号功率低同侧激活信号功率低TPMS设备参数调试不合理激活有效时间不够长还未读到胎压ID提前结束天线板光电开关触发延迟导致激活启动时间晚重新激活8