汽车胎压监测系统的结构原理与故障诊断

航空职业技术学院毕业设计（论文）论文题目：汽车胎压监测系统的结构原理与故障诊断所属系部： 汽车工程系指导老师： 白永平职 称：助教学生： 夏雨佳 班级、学号：13406308专 业： 汽车运用技术航空职业技术学院制2016年 12月15日航空职业技术学院 毕业设计（论文）任务书题目：汽车胎压监测系统的结构原理与故障诊断任务与要求：1、调研、查找、搜集关于胎压监测相关中英文资料;2、查找胎压监测系统的结构原理3、了解胎压监测的作用与功能4、胎压监测案例分析。时间：2015年 10月堕日至 2015 年12月18 日 共 8周所属系部：汽车工程学院学生：夏雨隹学号： 13406308 专业：汽车运用技术指导单位或教研室： 汽，车运用技术教研室指导教师：白永平职称： 助教航空职业技术学院制年 月 日毕业设计（论文）进度计划表日期工作容执行情况指导教师 签 字2015年10月26日至11月2日调研、查找相关中英文资 料、确定论文题目11月3日至11 月9日整理相关资料，编写论文的 大纲11月9日至11 月25日完成论文正文初稿编写11月26日至11月30日补充论文容修改结构、图片 等容12月1日至12 月5日再次修改论文12月6日至12 月13日查漏补缺，重点修改论文格 式12月14至12 月18日再次确认论文，然后打印、 装订论文教师对进度计 划实施情况总 评签名年 月 日汽车胎压监测系统的结构原理与故障诊断摘要汽车在高速的行驶过程中轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防 的，也是突发性交通事故发生的重要原因。高速公路上发生的事故中有很大一 部分是由于爆胎所引起的，对于预防爆胎的最好方法就是提前预知轮胎压力不 足并与时防。轮胎压力监测系统TPMS(Tire Pressure Monitoring System) 即是基于以上原因应运而生的。其主要功能是用于对汽车轮胎气压进行自动监 测，当轮胎状态处于不安全时进行报警，提醒驾驶员与时采取措施，避免车辆 行驶在不安全状态下，从而实现事前保护功能。关键词；轮胎压力，小环天线，FSK调制;Abstract;Tire malfunction while car traveling at high speed is what the drivers most worriy about anddifficult to preve nt as well as one of the major causes of suddentraffic ac cidents.No matterdomestic or abroad traffic accidents occurredespecially in highway due to puncture.Expertsemphasize that the bestpreventive measure is to be a ware of the insufficient tire pressure in advance andtake t imely precaution.Tire Pressure Monitoring System(TPMS)is bornoftheabove reasons.Itis mainly used to monitortire pressureautomaticallyandalarmto warn the driver totake measuresin time whenthetire is in unsafe stateso thatto achieve pre-protection.引言51. 胎压监测系统原理61.1直接式胎压监测装置61.2间接式胎压监测装置82. 胎压监测系统主要作用112.1预防事故发生102.2延长轮胎使用寿命112.3使行车更为经济112.4可减少悬架系统的磨损113. 胎压监测分类134. 胎压监测原理144.1直接式胎压监测144.2间接式胎压监测144.3两种胎压监测特点155. 轮胎压力监测系统类型155.1间接式WSB155.2直接式PSB155.3复合式TPMS 166. 故障诊断案例19结束语18引言胎压监测，相信这个系统对于大多数人来说还是个新鲜玩意，而在我们试 驾过的车型中装备该系统的车型也不多，不过要按其功能来讲它可算是安全性 配置当中比较重要的一项，只是在很长的一段时间都没有被人们所重视。试想 一下，无论您的发动机或者底盘性能有多出色，其终究要通过轮胎与地面的接 触才能表现出来，而不正确的轮胎压力往往导致车辆性能不能完全发挥。有数 据表明，由爆胎引起的车祸在恶性交通事故中所占的比例非常高，而所有会造 成爆胎的因素中胎压不足当属首要原因。当胎压过高时，会减小轮胎与地面的接触面积，而此时轮胎所承受的压力相对 提高，轮胎的抓地力会受到影响。另外，当车辆经过沟坎或颠簸路面时，轮胎 因为没有足够空间吸收震动，除了影响行驶的稳定性和乘坐舒适性外，还会造 成对悬挂系统的冲击力度加大，由此也会带来危害。所以合适的胎气压，不仅 有助于我们的行车舒适性，更是对安全行车的极大保障。1.胎压监测系统原理首先还是让我们来了解一下所谓的胎压监测系统，它主要是包括“直接式胎 压监测系统”和“间接式胎压监测系统”两种。1.1直接式胎压监测装置UHF搁4脂压监厕系统直接式胎压监测装置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，利用无线发射器将压力信息从轮胎部发送到中央接收器模块 上的系统，然后对各轮胎气压数据进行显示。当轮胎气压太低或漏气时，系统 会自动报警。直接式胎压监测系统的好处是：在每一个车轮上都安装有压力传感器和 传输器，如果任何一个轮胎胎压低于驾驶员手册上推荐的冷胎胎压25%时，便会 警示驾驶人。其警示信号比较精确，而且如果轮胎被刺破，胎压快速降低时， 直接式胎压监测系统也能提供立即的警示。另外即便是车胎缓慢的慢撒气，直接式胎压监测系统也能透过行车电脑 感知到，直接让驾驶者从驾驶座上检视目前四只轮胎胎压数字，从而实时了解到四个车轮的真实气压状况。例如别克新君威还有吉普指南者上装备的就是这 种胎压监测装置。E2.FU RBSTxaLrd nJ新君威和指南者上的胎压监测1.2间接式胎压监测装置间接式胎压监测的工作原理是:当某个轮胎的气压降低时，车辆的重量 会使该轮的滚动半径将变小，导致其转速比其他车轮快，这样就可以通过比较 轮胎之间的转速差，达到监视胎压的目的。间接式轮胎报警系统实际上是依靠 计算轮胎滚动半径来对气压进行监测。间接式胎压监测装置成本要比直接式低的多，它实际上是利用汽车ABS 刹车系统上的速度传感器来比较四只轮胎的转动次数，如果其中一只轮胎胎压 较低，这只轮胎的转动次数会和其它轮胎不同，如此采用ABS系统同样的传感 器和感测信号，只要车计算机在软件上作调整，便可以在行车计算机建立新功 能，警告驾驶人一只轮胎和其它三只相比胎压较低的信息。这样使用间接式胎压监测装置的车辆就会出现两个问题，一是绝大多数采用 间接式胎压监测装置的车型都不能具体指示出具体是哪一只轮胎胎压不足；其 次如果四只轮胎的胎压同时在下降，那么这种装置也就失效了，而这种情况一 般在在冬天气温下降时尤其明显。此外，当车子行驶过弯路时，外侧轮转动次 数会大于侧轮转动次数，或者轮胎在沙地或冰雪路面打滑，特定轮胎旋转数会 特别高。所以这种计算胎压的监测方法有很多局限性。2. 胎压监测系统主要作用2.1预防事故发生胎压监测系统属于主动安全设备的一种，它可以在轮胎出现危险征兆时与时 报警，提醒驾驶员采取相应措施，从而避免了严重事故的发生。2.2延长轮胎使用寿命有了胎压监测系统，我们就可以随时让轮胎都保持在规定的压力、温度围工 作，从而减少车胎的损毁，延长轮胎使用寿命。有资料显示在轮胎气压不足时 行驶，当车轮气压比正常值下降10%，轮胎寿命就减少15%2.3使行车更为经济当轮胎的气压过低时，就会增大轮胎与地面的接触面积，从而增大摩擦阻力， 当轮胎气压低于标准气压值30%，油耗将上升10%。2.4可减少悬架系统的磨损轮胎气压过足时，就会导致轮胎本身减震效果减低，从而增加车辆减震 系统的负担，长期使用对发动机底盘与悬挂系统都将造成很大的伤害；如果轮 胎气压不均匀，还容易造成刹车跑偏，从而增加悬挂系统的磨损。轮胎智能监控系统（TPMS）介绍“TPMS” 是汽车轮胎压力监视系统 “Tire Pressure Monitoring System” 的英文缩写形式，也就是我们所说的直接式轮胎压力监视系统。TPMS第一次作 为专用词汇是在2001年7月，美国运输部和国家高速公路安全管理局（NHTSA）， 为响应美国国会对车辆安装TPMS立法的要求，联合对现有的两种轮胎压力监测 系统（TPMS）进行了评价，并确认直接式TPMS优越的性能和准确的监测能力。 由此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、 防抱死制动系统（ABS）一起被大众认可并受到应有的重视。由于受到成本控制，目前将TPMS系统做为标准配置的还集中在高端车 型上，如：奥迪A8、宝马7系、5系、X5、奔驰S系列、E系列等。在国市场上 把TPMS系统做为标配的汽车品牌主要有：别克君威、君越、克莱斯勒铂锐、新 奥迪A6L、荣威550等。由于受到安装成本和中国消费者对汽车安全的认识还不够成熟的因素的控制，国大多数汽车厂家还没有把胎压监测系统作为标准配置。但随着中国 汽车市场国际化进程的加快，国的用车环境正在飞速成熟中，行车安全、道路 交通的问题也越来越受到管理机构和驾车人的重视，目前国已经有相关部门准 备对胎压监测系统制定行业标准。有数据表明，由爆胎引起的车祸在恶性交通事故中所占的比例非常高， 而所有会造成爆胎的因素中胎压不足当为首要原因。这并不是耸人听闻， 即使你不选择带有胎压监测的车型，也要提高对车辆轮胎的重视，避免人 和车发生严重的损伤。当胎压过高时，会减小轮胎与地面的接触面积，而此时轮胎所承受的 压力相对提高，轮胎的抓地力会受到影响。另外，当车辆经过沟坎或颠簸 路面时，轮胎没有足够空间吸收震动，除了影响行驶的稳定性和乘坐舒适 性外，还会造成对悬挂系统的冲击力度加大，由此也会带来危害。同时， 在高温时爆胎的隐患也会相应的增加索纳塔胎压监测第八代索纳塔胎压监测3. 胎压监测分类胎压监测主要分为两种，一种是间接式胎压监测（Wheel-Speed Based TPMS，简称WSB），这种系统是通过汽车ABS系统的轮速传感器来比较轮 胎之间的转速差别，以达到监测胎压的目的。ABS通过轮速传感器来确定车 轮是否抱死，从而决定是否启动防抱死系统。当轮胎压力降低时，车辆的 重量会使轮胎直径变小，这就会导致车速发生变化，这种变化即可用于触 发警报系统来向司机发出警告避免因轮胎故障引发的交通事故，以确保行 车安全。间接式胎压监测装置间接式轮胎压力监测系统需要通过汽车的 ABS系统的轮速传感器来比较轮 胎之间的转速差别，以达到监测胎压的目的。ABS通过轮速传感器来确定车 轮是否抱死，从而决定是否启动防抱死系统。当轮胎压力降低时，车辆的 重量会使轮胎直径变小，车速就会产生变化。会触发WSB的报警系统，从而提醒车主注意轮胎胎压不足。因此间接式的TPMS属于被动型TPMS。间接式胎压监测的优点与缺点间接式胎压监测装置成本要比直接式低的多，它实际上是利用汽车ABS刹车系统上的速度传感器来比较四只轮胎的转动次数，如果其中一只轮胎胎 压较低，这只轮胎的转动次数会和其它轮胎不同，如此采用ABS系统同样的传感器和感测信号，只要车计算机在软件上作调整，便可以在行车计算 机建立新功能，警告驾驶人一只轮胎和其它三只相比胎压较低的信息。这样使用间接式胎压监测装置的车辆就会出现两个问题，一是绝大多数采用 间接式胎压监测装置的车型都不能具体指示出具体是哪一只轮胎胎压不 足；其次如果四只轮胎的胎压同时在下降，那么这种装置也就失效了，而 这种情况一般在在冬天气温下降时尤其明显。此外，当车子行驶过弯路时， 外侧轮转动次数会大于侧轮转动次数，或者轮胎在沙地或冰雪路面打滑， 特定轮胎旋转数会特别高。所以这种计算胎压的监测方法有很多局限性。直接式胎压监测装置直接式轮胎压力监测系统是利用安装在轮胎上的压力传感器来测量轮 胎的气压和温度，利用无线发射器将压力信息从轮胎部发送到中央接收器 模块上的系统，然后对轮胎气压数据进行显示。当轮胎出现高压，低压， 高温时，系统就会报警提示车主。并且车主可以根车型，用车习惯，地理 位置自行设定胎压报警值围和温度报警值直接式胎压监测系统的好处是： 在每一个车轮上都安装有压力传感器和传输器，如果任何一个轮胎胎压低 于驾驶员手册上推荐的冷胎胎压25%时，便会警示驾驶人。其警示信号比较 精确，而且如果轮胎被刺破，胎压快速降低时，直接式胎压监测系统也能 提供立即的警示。另外即便是车胎缓慢的慢撒气，直接式胎压监测系统也 能透过行车电脑感知到，直接让驾驶者从驾驶座上检视目前四只轮胎胎压 数字，从而实时了解到四个车轮的真实气压状况。例如别克新君威还有吉 普指南者上装备的就是这种胎压监测装置。还有一种复合式TPMS，它兼有上述两个系统的优点，它在两个互相成对角的轮胎装备直接传感器，并 装备一个4轮间接系统。与全部使用直接系统相比，这种复合式系统可以 降低成本，克服间接系统不能检测出多个轮胎同时出现气压过低的缺点。 但是，它仍然不能像直接系统那样提供所有 4个轮胎实际压力的实时数据。4. 胎压监测原理4.1直接式胎压监测直接式胎压监测装置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，利用无线发射器将压力信息从轮胎部发送到中央接收器 模块上，然后对各轮胎气压数据进行显示。当轮胎气压太低或漏气时，系 统会自动报警。4.2间接式胎压监测间接式胎压监测的工作原理是：当某轮胎的气压降低时，车辆的重量会 使该轮的滚动半径将变小，导致其转速比其他车轮快。通过比较轮胎之间 的转速差别，以达到监视胎压的目的。间接式轮胎报警系统实际上是依靠 计算轮胎滚动半径来对气压进行监测。4.3两种胎压监测特点这两种胎压监测装置各有优劣。直接式胎压监测装置可以提供更高级 的功能，随时测定每个轮胎部的实际瞬压，很容易确定故障轮胎。间接系 统造价相对较低，已经装备了 4轮ABS（每个轮胎装备1个轮速传感器）的 汽车只需对软件进行升级。但是，间接式胎压监测装置没有直接系统准确 率高，它根本不能确定故障轮胎，而且系统校准极其复杂，在某些情况下 该系统会无常工作，例如同一车轴的2个轮胎气压都低时。在欧洲和北美国家，通过相应的法律法规提高人们的安全意识（如： 迎委员会将强制汽车安装胎压监测系统）。胎压监测生产厂商主要是以 英国SCHRADER为代表，在胎压监测方面已经掌握了世界最核心的高端技术， 其胎压监测产品已占领 欧美市场整车原配胎压监测系统TPMS75%以上的市 场份额。5. 轮胎压力监测系统类型5.1间接式WSB（Wheel-Speed Based TPMS，简称WSB），这种系统是通过汽车ABS系 统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监测胎压的目的。ABS通过轮速传感器来确定车轮是否抱死，从而决定是否启动防抱死系统。当轮胎压力降低时，车辆的重量会使轮胎直径变小，这就会导致车速发生变 化，这种变化即可用于触发警报系统来向司机发出警告。5.2直接式PSB（Pressure-Sensor Based TPMS ,简称PSB），这种系统是利用安装在 每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，利用无线发射器将压 力信息从轮胎部发送到中央接收器模块上的系统，然后对各轮胎气压数据 进行显示。当轮胎气压太低或漏气时，系统会自动报警。这两种系统各有优劣。直接系统可以提供更高级的功能，随时测定每 个轮胎部的实际瞬压，很容易确定故障轮胎。间接系统造价相对较低，已 经装备了 4轮ABS（每个轮胎装备1个轮速传感器）的汽车只需对软件进行 升级。但是，间接系统没有直接系统准确率高，它根本不能确定故障轮胎， 而且系统校准极其复杂，在某些情况下该系统会无常工作，例如同一车轴 的2个轮胎气压都低时。5.3复合式TPMS它兼有上述两个系统的优点，它在两个互相成对角的轮胎装备直接传 感器，并装备一个4轮间接系统。与全部使用直接系统相比，这种复合式 系统可以降低成本，克服间接系统不能检测出多个轮胎同时出现气压过低 的缺点。但是，它仍然不能像直接系统那样提供所有4个轮胎实际压力的实时数据。现在的轮胎压力监测系统还是存在着不少需要完善改进的地方。对于 间接系统来说，同轴或2个以上轮胎缺气的情况无法显示；车速100 km/h 以上时监测失效。而对于直接系统，无线信号传输的稳定性和可靠性、传 感器的使用寿命、报警提示的准确性（有无误报、错报）以与传感器的耐 压性等都是亟待提高的。目前已安装轮胎压力监测系统的有奥迪、宝马、奔驰、法拉利、保时 捷和大众等的部分车型，可以说TPMS现在还属于比较高端的产品，离大众 化和普与化还有很长的距离。据统计，在 2004年的美国，登记在册的35% 的新车都安装了 TPMS，预计2005年将达到60%。在高度重视汽车安全性的 未来，轮胎压力监测系统早晚会成为所有汽车上的标准配置，就像ABS从出现到普与一样，需要一个过程。全球最大的导航仪生产商Garmin （佳明）在2010秋季新品发布会上发 布了一款带胎压监测功能的产品：nuvi 1320。该机除了拥有Garmin （佳明）家族产品的很多标配功能外，其无线胎压监测系统可谓一大亮点，它 可以通过无线接收数据全面监测汽车的轮胎气压、温度和电瓶电压等，从 而提高行驶安全，在给用户提供基础导航功能的同时也为用户的安全上了 份保险。nuvi 1320是在1355的基础上，整合了无线胎压监测系统，带附属检 测安装配件，通过无线接收数据全面监测轮胎气压、轮胎温度、电瓶电压。 据测试，通过胎压监测系统，轮胎寿命能延长 40%，油耗能节省5%。用GPS 弥补汽车不带胎压监测系统的不足，在提供基础导航的同时，又降低了油 耗的成本，延长了轮胎的使用寿命，有效规避了爆胎的风险，真可谓一举 三得。6故障诊断案例例：先生的新君威车经常跑着跑着就出现了胎压报警,现在有5次了.具体现象 为左后轮，或是右后轮的监测压力值消失.停车后自己做了压力校准，没什么变 化.但再开一开，报警又消失.去4s店做了 2次检查，没发现什么问题.第一次出 现故障时很紧，反复检查了轮胎,没问题.也做了校准，依然报警.郁闷的先生去 T4s 店?解决方法：去4s店重点检查下左后轮的压力监测传感器，传感器无异常,再查 看是否车辆存在局部无线干扰（如加装gps因安装过程不严谨导致部分仪表线 路接触不良等），新君威的轮胎气压监测系统的工作原理如下：在每个车轮/轮 胎总成有一个压力监测传感器，通过无线定频率通信发送传感器识别号、轮胎 气压和蓄电池低电平。车辆静止时，传感器部加速计未启动，从而使传感器进 入静止状态。在这种状态下，传感器每30秒钟采样轮胎气压一次，如果轮胎气 压不变，则不进行发射。随着车速增加至20公里/小时（15英里/小时）以上， 离心力启动传感器部加速计，从而导致传感器进入滚动模式。在此模式下，传感 器每10秒钟采样轮胎气压和温度一次，并在滚动模式下每60秒钟发射一次。 如果在轮胎气压中检测到8.3千帕（1.2磅力/平方英寸）的变化，传感器将立 即发送信号。结束语由于受到安装成本和中国消费者对汽车安全的认识还不够成熟的因素的控制， 国大多数汽车厂家还没有把胎压监测系统作为标准配置。但随着中国汽车市场 国际化进程的加快，国的用车环境正在飞速成熟中，行车安全、道路交通的问 题也越来越受到管理机构和驾车人的重视，目前国已经有相关部门准备对胎压 监测系统制定行业标准。辞弹指一挥间，三年时光悄然而逝。三年间，我付出了很多，也收获了许多, 所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维 方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友，无论在 学习上、生活上还是工作上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多 方面都有所成长。感恩之情难以用语言量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的 敬意。三年来，老师对我的学习都非常严格，并给予了悉心的指导，使我受益 菲浅。从恩帅身上我体味到了丰富的学养、严谨的作风、的态度，勤奋的精神， 这都成为了我不断前行的动力和标杆。恩师严谨和一丝不苟的学风、扎实勤勉 和孜孜不倦的工作态度时刻激励着我努力学习，并将鞭策我在未来的工作中锐 意进取、奋发努力。一路走来，从你们的身上我收获无数，你们的教诲使我受 益匪浅，我将永远铭记在心，谨此一并表达我的意。最后，向所有关心和帮助过我的人们致以衷心的感！航空职业技术学院毕业设计（论文）审查意见书指导教师对学生所完成的题目为的毕业设计（论文）进行情况、完成质量的审查意见：成绩:指导教师：年 月 日航空职业技术学院毕业设计（论文）评阅意见书评阅人对学生所完成的题目为的毕业设计（论文）评阅意见为：成绩:评阅人：年 月 日汽车工程学院毕业论文答辩记录表航空职业技术学院毕 业设计（论文）答 辩结果毕业设计（论文）答辩委员会对学生所完成的题目为的毕业设计（论文）与答辩评语为：经答辩委员会研究，确定成绩为：毕业设计（论文）答辩委员会主任：该生毕业设计（论文）最终成绩评定：答辩委员会委员：审阅成绩（权重0.4）评阅成绩（权重0.4）答辩成绩（权重0.2）最终成绩年 月 日