龚铃，张正轩

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

车用轮胎压力与温度监测系统的研究

龚铃，张正轩

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

汽车胎压监视系统主要用于在汽车行驶时实时地对轮胎气压、温度进行自动监测，对轮胎漏气、气压异常、高温进行报警。制动系统的性能与驾乘人员安全密切相关，因此制动气压的精准性是一个非常重要的问题。

胎压监测系统；制动安全性

CLC NO.:U461.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-41-03

前言

汽车在高速行驶过程中，轮胎故障是杀伤力最大和难以预防的事故隐患，是交通事故发生的重要原因之一。在中国46%的高速公路交通事故是由轮胎故障引起的，这其中爆胎一项就占总数的70%。试验证明，80%的轮胎爆胎是有预兆的，至少在爆胎前一个小时，轮胎的胎内压力和温度会出现异常。这为实现轮胎爆胎预警提供了技术上的支持。因此TPMS汽车轮胎智能监测系统作为汽车三大安全系统之一，与汽车安全气囊、防抱死制动（ABS）系统一起被大众认可并受到重视。

1、法规研究

在美国，由于1990年的FIRESTONE轮胎召回事件（爆胎翻滚造成100多人死亡），TREAD法案强制安装TPMS系统；NHTSA（美国高速公路安全管理局）在2005年4月颁布法案，要求自2007年9月1日起，在美国销售的4.5吨以下的轻型机动车需要配置TPMS。

在欧盟，2009年3月欧盟的ECR-64法案，要求在2012年11月，所有在欧盟核准的新车型均要具备任意一个轮胎气压低于推荐值20%时，在10分钟内要报警。

在亚洲，韩国要求2012年1月起所有新车型必须加装，2014年6月起所有已注册车型必须加装；中国2011年1月颁布TPMS相关标准GB/T 26149-2010。

2、监测系统的组成

监测系统由胎压监测模块、接收器模块和现实模块组成。监测模块安装在轮胎内部或车轮表面、测量车辆轮胎压力参数并进行信息传输；接收模块用于接收胎压监测模块发来的信息并向现实模块发送信号；显示模块用于显示报警指示图

形符号、文字或数值等信息的装置。需要指出的是，商用车车体较长，尤其是半挂牵引车，如果监测模块采用RF射频进行信号的发送，需要在挂车底盘加装一个中继器，将挂车轮胎上的信号进行接收、放大并传输给接收器。如图1。

中继器接收实线框中的监测模块的温度压力值，接收器接收虚线框中的监测模块的温度压力值，中继器将信号放大传输给接收器。

3、监测模块和接收模块原理

3.1 监测模块工作原理

监测模块由内置电池提供电源，传感器监测轮胎内部的加速度、温度、压力值，同时带有LF接收器，接收LF激励信号，通过天线将传感器信息以射频信号发送出去。

3.2 接收模块工作原理

接收模块利用内置的RF接收器接收到温度压力等信息，通过微处理器将温度压力值打包，用报文的方式发送到总线上，车载显示屏或仪表接收报文信息显示相应值。

4、TPMS系统软硬件设计

4.1 硬件设计

以商用车为例：监测模块采用英飞凌SP37T，集成测试环境气压的压力传感器，Z轴及速度传感器，温度和电源电压传感器，拥有16K Byte ROM和256 Byte RAM，集成434MHz射频发射和125KHz低频接收。

接收模块采用英飞凌TDA5210，拥有400-440MHz和810-870MHz的可选载波范围，兼容FSK和ASK解调方式，FSK接收灵敏度小于-100dBm，ASK接收灵敏度小于-107dBm，集成VCO和PLL。

4.2 软件设计

1）TPMS接收模块的软件控制策略及通信协议：在TPMS接收机内部调整结束之后，就可以实现轮胎的辨别与通信处理，轮胎位置自动识别的实现，主要是TPMS接收机利用低频触发器的作用，把低频无线信号放大处理，以保证轮胎的ID信息和气压数据得以处理返回，保证TPMS接收机对轮胎的参数和位置实施处理。网络通信主要有网络管理帧、数据处理、故障诊断。

2）监测模块的软件控制策略及通信协议：对于无线传感器而言，软件控制常涉及到初始化、中断唤醒、参数测试、数据解调等。处于运行中的无线传感器功能优越，不仅能对气压、温度实施检测，还能处理相关的数据信息，若感应到数据中气压值或相关参数存在异常情况，则会给出对应的报警信号，并利用无线途径对报警信息及时处理，此后才进入睡眠状态。

由于监测模块发车的射频信号容易受到干扰，解调后的数字信号会出现毛刺，如图4，普通的电平或沿跳变判断算法无法过滤毛刺，导致数据解析错误。采用定点采样解码算法来规避干扰：定点采样算法依据解调后的数字信号特征，设计采样点及采样间隔，如图5，通过对采样点进行滤波处理，正确解析数字信号。

5、TPMS系统在轮胎防盗中的设计探讨

国标GB/T 26149-2010 在4.2.4条中规定TPMS应具有故障报警功能，系统运行后，当系统本身出现故障时应在10min内发出故障报警信号。当停车时，若轮胎被盗，接收模块就接收不到监测模块的温度压力信号，即认为轮胎被盗。考虑到10分钟的时间可以满足盗窃者卸下轮胎螺母成功盗走轮胎，可将故障报警时间缩短到5分钟。默认接收模块3次未收到温度压力信号即报警，这就要求接收模块工作时间增加，监测模块的发射周期、接收模块平均功耗和监测模块寿命存在以下关系：

表1

可见，平均功耗和监测模块寿命成反比关系，在实际应用中，要充分结合车辆实际情况设计合理的报警时间。

6、结束语

本文阐述了车用轮胎压力与温度监测系统衍生的背景，工作原理及方法，运用合理的软硬件设计实现在车辆上的运用，实时监控制动气压和温度，保证制动性能，为驾乘人员提供了安全保障。

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图8 是支架优化后缓加速工况下车内噪声测试声压曲线。从图8与改进前图2相比中8可以看出，改进后此工况下车内声压级在3860转速范围内无峰值，且车内声压级减少4 dB（A） 左右。

5、结论

通过有限元软件，结合试验测试对某汽车动力总成悬置支架进行了结构优化。动力总成悬置系统NVH性能道路试验结果表明，全油门缓加速工况，优化后悬置支架在频率260Hz左右处的共振带有明显改善，车内声压级在3860转速范围内无峰值，且减少4 dB（A） 左右，整车在此工况下260Hz左右的振动和车内噪声明显改善。优化结构与试验结果的对比分析表明, 本文建立的悬置支架优化设计方法对悬置支架的设计分析是有效的。

参考文献

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[4] 宋树森,吕兆平,李宏庚等.基于NVH的五菱荣光发动机悬置支架的优化方案.汽车技术，2009增刊:77～82.

Automobile Tire pressure and temperature Monitoring Research

Gong Ling, Zhang Zhengxuan
（Shaanxi Heavy Duty Aotomobile Co., Ltd., Shaanxi Xi’an 710200）

Automobile tire pressure and temperature monitoring system is mainly used in real time automatic monitoring the vehicle tire pressure and temperature. Also warning when the tire is leaking、pressure abnormal、high temperature.The performance of the brake system is closed related to driving safety，so the brake pressure accuracy is an important problem.

TPMS；Brake systems security

U461.3

A

1671-7988(2014)07-41-03

龚铃，就职于陕西重型汽车有限公司。