【轮胎气压监测系统的组成和检修】轮胎气压监测系统警告灯亮

　　汽车轮胎压力监测系统(Tire Pressure Monitoring System，TPMS)，主要用于汽车行驶时对轮胎气压进行自动监测，对轮胎漏气和低气压进行报警，以保障行车安全。胎压监测系统是汽车电子系统中非常重要的一个部分，它可以监测汽车轮胎压力的异常情况并及时通知驾车人，避免由于轮胎压力过低引起的交通事故。TPMS对于提高汽车安全性具有举足轻重的作用。美国运输部国家公路交通安全管理委员会(NHTSA)因此立法强制实施TPMS。NHTSA在FMVSS 138法规中规定在2007年10月以后的新车必须100％安装TPMS系统。由于立法支持。国外TPMS产业链已较为成熟，传感器主要制造商包括英飞凌、飞思卡尔等；TPMS模组厂商包括Schrader、德国大陆(continental)、德尔福(Delphi)、博世(bosch)等。轮胎生产商斯马轮胎设备公司、固特异、米其林等也都进入该产业链，通过在轮胎内部安置TPMS来分享法令推动下TPMS市场所带来的利润。目前国际知名汽车厂，如宝马、大众、通用、福特、克莱斯勒、VOLVO、NISSAN、SUZUKi(铃木)、PEUGEOT(标致)、CITROEN(雪铁龙)、奔驰等都配备了该系统。
　　
　　一、TPMS系统技术
　　
　　TPMS主要有3种实现方式：间接TPMS系统、直接TPMS系统和正在推出的混合TPMS系统。间接TPMS与车辆的防抱死刹车系统(ABS)一起使用，ABS利用车轮转速传感器测量每个车轮的转速。当一个轮胎的气压减小时，滚动半径相应减小，而车轮的旋转速度就相应地加快。通过轮速传感器可以得到轮胎的转速。当转速与设定的正常胎压下的转速有差值且差值超过设定的公差范围，则说明存在轮胎充气不足现象。随后，仪表胎压指示灯启亮，告知驾驶者胎压出现了问题。但是。间接TPMS有一定的局限性：(1)指示灯无法指出是哪个轮胎处于低压状态；(2)当同一车轴或同一侧的2个轮胎都处于低压状态时，它无法检测出究竟是哪个轮胎充气不足；(3)如果4个轮胎都处于低压状态。该系统不会发现这一故障。另外，由于气压不足时轮胎直径的减少和气压的降低非常微小。所以有时会出现气压已经下降，但TPMS还没有检测出来的情况。对于扁平胎来说，69kPa的压降只会使直径减小1mm。这种压降不符合美国的最终判定规则所规定的25％原则。采用间接方法进行检测在很大程度上依赖于轮胎和负载因子，目前采用这种系统的车型有上海通用的别克世纪和君威。
　　直接TPMS采用固定在每个车轮中的压力传感器直接测量每个轮胎的气压，如图1、2所示。这些传感器会通过发送器将胎压数据发送到中央接收器进行分析。分析结果将被传送至安装在车内的仪表上。它可以显示每个轮胎的实际气压。甚至还包括备用轮胎的气压。因此，直接TPMS可以连接至仪表。告诉司机哪个轮胎充气不足。由于直接TPMS可直接测量每个轮胎的气压，因此当任何一个或几个轮胎处于低压状态时，都会检测出这种状态，4个轮胎都处于低压状态时也可以检测到。直接TPMS也可检测到较小的压降。有些系统甚至可以检测到7kPa的压降。
　　随着技术的发展，直接TPMS系统已逐渐演变为3个主要系统类型，即主流型(低／中端)、带有自动定位功能的高端TPMS和结合ESP/ABS的TPMS系统。下面对各种系统类型进行简单介绍。
　　1.TPMS配ABS/ESP――间接系统。许多生产厂商从间接系统转向了直接系统，因为直接系统的总体成本降低了。间接系统有其技术局限性，并且要求非常严格的场地测试。由于间接系统在美国市场遭受了太多的索赔，所以通常仅限于欧洲使用。
　　2.主流(低／中端)TPMS――直接系统。受美国立法的推动，覆盖低／中端细分市场的主流TPMS的市场份额到2011年将超过50％。但是TPMS预计在欧洲、亚太地区和日本市场规模会很小，这是由于额外的系统成本和公众对TPMS认知不足造成的。另外，TPMS系统通常是作为高端车型的选装件，增装的需求仍然很低，因为一般的车主对TPMS还不熟悉。
　　3.高端TPMS(自动定位)――直接系统。高端TPMS是指将轮胎的自动定位功能集成于直接TPMS系统。轮胎的自动定位功能是指识别和区别4个轮胎发送的信息。在这种情况下，比如右前轮的气压，可以无需任何人为操作，即可被正确识别并显示。如今的系统主要是在翼板中安装低频发射器天线来进行定位，有4个低频发射器模块用电线连接中央接收器模块至翼板。中央接收器模块将信号发送至这些低频模块以触发特定的车轮模块，比如右前轮。在这种情况下。只有右前轮的车轮模块(而不是其余的车轮模块)会反馈信息。将来，2轴G传感器将被用于实现轮胎的自动定位功能。
　　4.ESP/ABS和TPMS的结合――直接系统。
　　该系统是未来的发展方向。在该系统中，TPMS系统将轮胎的附加信息提供给ESP系统，如重力、轮胎气压和温度、路况和轮胎类型等。这是未来高级ESP系统的发展趋势。这种系统需要具备多轴重力测量和自动定位功能。此外还需要采用低频或“能量获得”技术的无电池式系统。
　　
　　二、典型的TPMS系统的控制过程
　　
　　图3是典型的直接测量胎压的TPMS系统(通用新君威)。
　　每个车轮／轮胎总成中都有1个轮胎气压监测传感器，通过无线电频率通信发送传感器识别号、轮胎温度、轮胎气压、轮胎旋转方向和蓄电池低电平。车辆静止时。传感器内部加速计未启动，从而使传感器进入静止状态。此状态下，传感器每30s采样轮胎气压1次，如果轮胎气压不变，则不进行发射。随着车速增加至20km/h(15miles/h)以上，离心力启动传感器内部加速计，从而导致传感器进入滚动模式。此模式下。传感器每10s采样轮胎气压和温度各1次，并在滚动模式下每60s发射1次。如果在轮胎气压中检测到8.3kPa的变化，传感器将立即发送信号。
　　如果车身控制模块的电源被切断或车辆蓄电池被断开。每个轮胎气压传感器识别码都将被保留但所有的轮胎气压信息都将丢失。在这些情况下，车身控制模块不能假设该轮胎气压将被保存1个未知时间段。驾驶员信息中心将显示所有的破折号，且故障诊断仪将为每个轮胎指示1个默认的轮胎气压值1020kPa。以20km/h(15miles/h)以上的速度行驶车辆至少2min。将启动传感器，从而使驾驶员信息中心显示当前轮胎气压。
　　车身控制模块可检测到轮胎气压监测系统内的故障。设置故障诊断码时，组合仪表上的轮胎气压监测指示灯图标将闪烁1min，随后，在点火开关切换至ON 位置且完成组合仪表灯泡检查后。图标保持点亮。如检测到任何故障，驾驶员信息中心将会显示1个维修轮胎监测系统型号的信息。
　　该系统的主要特点为：
　　传感器安装在轮胎内部，发送带有识别信息、压力和温度的RF信号。
　　遥控功能执行器模块(RFA)能接收传感器的信号，但它没有进一步处理信号的能力，只是简单的把传感器的数据发送给位于BCM中的TPMS应用软件，由BCM中的应用软件按照相应的运算法则来进行处理。
　　发送过来的轮胎的相对位置由ALM(K65轮胎气压指示器模块，下同)决定，最后由BCM将相应的信息发送给仪表盘和驾驶员信息中心。ALM也决定安装在前轴或后轴上的哪个传感器正在发送信息，它是通过信号的强度来决定的。
　　除了传感器RF信号之外。ALM也接收传感器发送出来的左／右位置信息，这一信息由轮胎旋转的方向来决定。
　　为了增强前轴和后轴之间传感器信号强度的差异，ALM安装在车辆的后部，在后杠内侧发送给ALM的前后左右传感器的信息混合在一起。经ALM分配相应的位置识别信息后，也会经由LIN发送给BCM。
　　如果点火钥匙打开将近20min，车辆没有行驶。ALM也能自动地重新学习各传感器的位置，而这一过程当车辆行驶时只要大约3～5min，最坏的场合需要9min也能自动学习完成。
　　
　　三、TPMS在使用维护中的常见问题
　　
　　其实TPMS的故障率是非常低的。使用中常见的维护是轮胎换位、补充胎压、学习程序读入，常见故障是传感器失效等。直接传感器测试的系统在做轮胎换位时需要执行轮胎学习读入程序。
　　执行轮胎气压监测读入模式的操作列举如下：
　　(1)使用J-46079(GM胎压检测仪器)进行读入，如图4所示。首先启动车辆的轮胎气压监测读入模式。若听到喇叭发出2声“唧唧”声并启动转向信号灯，表示-读入模式已经启动，左前转向信号也将点亮。
　　(2)从左前轮胎开始，将J-46079的天线朝上顶住气门芯位置，紧贴车轮轮辋的轮胎侧壁，以启动传感器。按下然后松开启动按钮并等待喇叭发出“唧唧”声。一旦所有转向信号灯启动持续3s并且喇叭发出“唧唧”声。已读入传感器信息并且下一读入位置的转向信号将点亮，如图5所示。
　　(3)喇叭发出“唧唧”声并且下一读八的转向信号点亮后，按以下顺序重复步骤(2)，以启动其余3个传感器：右前、右后、左后。
　　(4)当已读入左后传感器时，所有转向信号灯被启动持续3s并且喇叭响起2次“唧唧”声，读入过程完成并且车身控制模块退出读入模式。
　　(5)将点火开关置于OFF位置，调整所有轮胎至推荐的压力。
　　图6是使用OTC公司的3833-1诊断工具所实测的4个轮胎传感器的ID数值和胎压值，可以看出该系统的每个车轮的ID码均不相同，且目前状态为已经学习的读出模式。
　　图7为仪表显示的4个车轮的胎压数值，可以看到右后轮是胎压低。通过仪表显示的手段可以很直观地看到车轮具体的胎压情况，实用性非常强。对于一般的驾驶人可以很清楚地看到这一信息。当然如果系统被断过电，则胎压的信息会丢失。
　　一般的车辆通常把胎压监测系统接收器与遥控器接收模块做成一体。但现在越来越多的直接测量式TPMS则单独设置一个模块来接收信息。为了简化系统和减少线束，与TPMS模块的数据采用LIN线连接，当使用诊断仪来诊断系统时，是不能够进入到该模块内的，只能进入到它的上一级MASTER。对售后诊断而言，我们只能通过MASTER获得对下级LIN模块的诊断信息(DTC码)。而不能对LIN模块单独诊断，所以在维修中需要一种仪器来对TPMS系统来进行诊断。OTC公司的3833-1胎压系统检测仪就是这样的检测设备，它具备自动扫描、诊断、重设定程序、无线频率侦测、上次数据保存、上传数据工具、打印等功能，可以对不同车型的TPMS系统来进行诊断。由于传感器安装在轮胎内部，发射的是无线信号，使用一般的仪器是不能完成的。配合相应的车型操作手册，使用该仪器可以方便地查看学习后的传感器ID号码和胎压值以及是否被学习读入，传感器的频率是多少等诊断信息。熟练使用仪器来进行诊断系统。及时发现并排除故障，可以保持TPMS系统正常工作。3833-1检测仪可以检测不同车系的胎压监测系统，如福特、通用、宝马、本田、雷克萨斯、英菲尼迪、克莱斯勒等品牌。