一种轮胎压力监测系统实车性能测试系统

摘要

本发明属于汽车测试技术领域，具体涉及一种轮胎压力监测系统实车性能测试系统，目的解决现有技术无法实现车辆在道路行驶时实车性能测试的问题。其特征在于：它包括执行机构和控制器；执行机构实时测量全部轮胎内部压力，并将压力信号发送给控制器，在控制器的控制信号的控制下实现行车状态下的轮胎胎压信号；控制器接收执行机构发送的轮胎胎压信号，根据设定的控制流程进行处理，向执行机构发送控制信号，控制执行机构动作，完成对胎压的测量和调压。本发明采用执行机构和控制器，建立了基于实际气路的轮胎压力闭环控制系统，根据目标轮胎压力与当前轮胎压力的差值，对气路进行闭环调节，从而在不产生通讯干扰的情况下，实现行车调压功能。

说明书

技术领域

本发明属于汽车测试技术领域，具体涉及一种轮胎压力监测系统实车性 能测试系统。

背景技术

轮胎气压监测系统（TPMS）作为汽车主动安全部件开始得到社会越来越 多的关注，根据交通事故调查显示，许多交通事故是由于轮胎压力问题(气压 过高，过低，快速漏气)引起的：轮胎气压过低行驶，轮胎与地面的摩擦力大 幅增加，胎温急剧升高，轮胎变软，强度下降，使轮胎的薄弱部位胎侧不断 受到挤压和拉伸，易造成疲劳失效，发生爆胎。即便是低速行驶，也会伤害 轮胎，而且这种伤害潜伏期长，隐蔽性大，更有危害性，为以后高速行车时 埋下爆胎隐患。以当前普遍使用的无内胎轮胎（即子午胎）为例：为了提高 轮胎的强度，在其帘布层外围加有一层钢丝。这种结构的轮胎强度高，散热 好，适应高速行驶，但它最怕缺气行驶。当轮胎缺气行驶时，除了轮胎与地 面摩擦生热外，胎体内的钢丝与轮胎之间也会摩擦生热，过热状态会加速钢 丝与橡胶的老化、变形，甚至内部断裂以至断层，致使轮胎强度遭到破坏， 埋下爆胎的隐患；轮胎气压过高行驶，轮胎胎冠部位会加速磨损，胎冠及胎 侧的薄弱部位碰到尖锐物体也容易发生爆胎。另外车辆高速长时间行驶，以 及下长坡制动、超载等原因也会导致轮毂和轮胎温度升高进而导致轮胎气压 异常增高，增加爆胎的机率；相比轮胎气压过低和过高，轮胎快速漏气是一 种更危险的状况（比如轮胎被扎小孔），一般只要发生快速漏气状态，轮胎气 压会在短时间内降低到零，这对于高速行驶的车辆非常危险，如果能提早发 现轮胎快速漏气，哪怕是提早一分钟都是非常可贵的。这样可以提醒驾驶员 减速停车检查，以避免车辆失控的事故发生。在全球范围内，轮胎气压问题 所导致的安全事故，占有相当大的比例。据美国高速公路交通管理局 （NHTSA）数据表明，在美国每年的轮胎事故造成414人丧身，10275人 受伤，20%的爆胎事故是由气压不足引起的，造成了巨大的经济损失，因此 美国政府要求汽车制造商加装轮胎气压检测系统，该系统主要用于在汽车行 驶时实时地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，是驾车者、乘车人的生命安全保障预警系统。

目前国内装有TPMS的汽车正在逐渐增加，在国内销售TPMS的国内外 企业也在迅速发展，国外知名的生产企业和品牌有:喜莱得（Schrader）、李 尔（Lear）、贝鲁（Beru）、大陆（Continental原Siemens VDO)、博世（bosch）、 威博科（wabco）。国内较知名的企业和品牌有：上海泰好、上海保隆、苏州 驶安特、深圳航盛、河南天海等，除此之外，还有大量中小品牌活跃于后装 市场，且在产品品种和型式方面也是百花齐放，其工作原理既有基于轮胎内 部加装压力传感器的直接式，也有基于测量车辆左右轮速估算轮胎压力的间 接式，为规范局面负责，体量膨胀的TPMS市场，国家于2011年出台了国家 标准GB/T26149《基于胎压监测模块的汽车轮胎气压检测系统》，在其中提 出了欠压报警，过压报警，快速漏气报警，静态和动态接受性能等多项要求， 并将报警时间指标提高为10秒，较国外相关标准更为苛刻。这就对TPMS 性能测试系统提出了新的要求，从市场调研及已申请专利来看，传统TPMS 性能测试系统针对的是零部件级的检测，使用压力模拟，信号模拟，温度模 拟等多种仿真手段在实验室内完成对TPMS装车前的性能检测，这一方面无 法模拟车辆在道路行驶时的复杂实车环境，另一方面已无法达到我国国家标 准中的动态接受性能等多项检测内容，因而对新型轮胎压力监测系统(TPMS) 实车性能测试系统提出了需求。目前，尚未有能够实现在车辆道路行驶过程 中，对轮胎气压监测系统进行实车性能测试的高精度自动闭环调压测试系统。

发明内容

本发明的目的解决现有技术无法实现车辆在道路行驶时实车性能测试的 问题，提供一种轮胎压力监测系统实车性能测试系统。

本发明采用的技术方案：

一种轮胎压力监测系统实车性能测试系统，它包括执行机构和控制器； 执行机构实时测量全部轮胎内部压力，并将压力信号发送给控制器，在控制 器的控制信号的控制下实现行车状态下的轮胎胎压信号；控制器接收执行机 构发送的轮胎胎压信号，根据设定的控制流程进行处理，向执行机构发送控 制信号，控制执行机构动作，完成对胎压的测量和调压。

如上所述的执行机构包括轮边组件及压力调节组件；

轮边组件包括压力调节组件接口、轮胎气压接口和旋转分气块；轮边组 件穿过轮毂安装口与轮胎螺帽同轴固定在轮胎外侧；轮胎气压接口与轮胎气 嘴连通，旋转气块中轴与压力调节组件接口连接；

压力调节组件包括气泵、气源压力表、增压阀、泄压阀、压力传感器和 压力表；压力调节组件轮胎压力输入端与轮胎气压接口连通；泄压阀的输入 端与轮胎压力输入端相连，泄压阀的输出端与排气口相连，泄压阀的控制信 号输入端与控制器连接；增压阀的输入端通过气源接口与气泵连接，增压阀 的输出端与轮胎压力输入端相连，增压阀的控制信号输入端与控制器连接； 压力传感器和压力表安装在连接轮胎压力输入端与泄压阀输入端的管路上， 压力传感器和压力表的输出端与控制器连接，将采集到的压力信号传输至控 制器；

控制器接收来自压力传感器和压力表的轮胎胎压信号，根据设定的控制 流程进行处理，并向执行机构中的增压阀和泄压阀发送控制信号，控制其进 行压力调节。

如上所述的增压阀、泄压阀采用电磁阀MAC35实现，压力传感器采用 TURCK PT010R型压力传感器。

如上所述的控制器内设定的控制流程如下：

（1）三通电磁阀初始化；

将增压阀及泄压阀关闭，使轮胎处于保压状态；

（2）判断是否完成轮胎标定；

根据轮胎标定标记位是否为0，判断是否完成轮胎标定，如未进行此型 轮胎标定，则进入步骤（3）；若已完成轮胎标定，进入步骤（4）；

（3）轮胎标定；

采集轮胎当前压力，使轮胎泄压10秒钟；测量泄压前后压力差，计算得 到压力调整系数K；而后将轮胎标定标记位改为1；

（4）轮胎目标压力计算；

根据国家标准或生产厂家对系统低压或过压报警检测需要，计算轮胎目 标压力值；

（5）判断压力差值是否大于允许值；

计算测量轮胎当前压力与目标压力差值Δp，如已小于测量允许误差，则 跳转至结束步骤，否则进入下一步；

（6）计算延时时间；

根据压力调整系数K，计算出延时时间T，其计算公式为：

$T=\frac{\mathrm{\Delta p}\times K\times 78}{100}$

（7）判断差值是否大于零；

判断差值Δp是否大于零，若大于零，开启增压阀，进入下一步；否则， 开启泄压阀，进入下一步；

（8）延时；

延时T秒，跳转至步骤（5）；

（9）计算测试结果；

将压力调整结束时刻及相应轮胎压力数据输出，计算车载轮胎压力监控 系统输出结果与本系统之差值，得到测试结果。

如上所述的控制器内设定的控制流程中的判断是否完成轮胎标定步骤， 初始条件下，设定轮胎标定标记位为0。

如上所述的控制器内设定的控制流程中的轮胎标定步骤，计算K值时， 将轮胎气压的变化进行线性简化，则K值得计算公式为其中ΔP为 10秒内轮胎压力降低值。

如上所述的控制器内设定的控制流程中的轮胎目标压力计算步骤，在进 行低压报警检测时，设定标准冷态气压值的75%为轮胎目标压力值，在进行 过压报警检测时，设定标准冷态气压值的125%为轮胎目标压力值。

如上所述的控制器内设定的控制流程中的判断压力差值是否大于允许值 步骤，压力测量允许误差为8.5kPa。

本发明的有益效果是：

通过执行机构中的轮边组件，使用旋转分气装置，将转动中的轮胎内部 气体由气门嘴处引入车内进行控制，从而规避掉传统测试手段中采用无线传 输方案对轮胎压力监测系统的通讯干扰。在压力调节组件中压力变送器、增 压阀和泄压阀的基础上，使用控制器完成对每个车轮的闭环气压控制，与传 统手控阀控制相比，重复性好，精度高，更适合轮胎压力监测系统的测试。

附图说明

图1为本发明的一种轮胎压力监测系统实车性能测试系统执行机构的轮 边组件结构示意图；

图2为本发明的一种轮胎压力监测系统实车性能测试系统执行机构的压 力调节组件结构示意图；

图中，1.压力调节组件接口，2.轮毂安装口，3.轮胎气压接口，4.旋转分 气块，5.气泵，6.气源接口，7.气源压力表，8.增压阀，9.泄压阀，10.排气口， 11.压力传感器，12.压力表，13.轮胎气压输入端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种轮胎压力监测系统实车性能测试 系统做进一步说明：

一种轮胎压力监测系统实车性能测试系统，包括执行机构和控制器。其 中，执行机构实时测量全部轮胎内部压力，并将压力信号发送给控制器，在 控制器的控制信号的控制下实现行车状态下的轮胎胎压信号。控制器接收执 行机构发送的轮胎胎压信号，根据设定的控制流程进行处理，向执行机构发 送控制信号，控制执行机构动作，完成对胎压的测量和调压。

在本实施例中，执行机构包括轮边组件及压力调节组件，轮边组件穿过 轮毂安装口2与轮胎螺帽同轴固定在轮胎外侧，轮边组件包括压力调节组件 接口1、轮胎气压接口3和旋转分气块4。其中，轮胎气压接口3与轮胎气嘴 直接连通，通过旋转分气块4在车轮旋转过程中将轮胎气压接口3导入的轮 胎内部气体传至旋转分气块4中轴。旋转气块中轴在与压力调节组件接口1 连接后，可在轮胎旋转过程中克服微小摩擦阻力而保持静止，从而将轮胎内 部气体稳定传输至静止不动的轮胎气压接口1。

压力调节组件包括气泵5、气源压力表7、增压阀8、泄压阀9、压力传 感器11和压力表12。压力调节组件轮胎压力输入端13通过软管与轮胎气压 接口1连通。泄压阀9的输入端与轮胎压力输入端13相连，泄压阀9的输出 端与排气口10相连，它的控制信号输入端与控制器连接，接收来自控制器发 送的控制信号，在接收到控制器信号时连通毫秒级时间内对轮胎进行排气。 增压阀8的输入端通过气源接口6与气泵5连接，增压阀8的输出端与轮胎 压力输入端13相连，它的控制信号输入端与控制器连接，接收来自控制器发 送的控制信号（具体如何连接），它可在接收到控制器信号时连通毫秒级时间 内对轮胎进行充气。压力传感器11和压力表12安装在连接轮胎压力输入端 13与泄压阀8输入端的管路上，它们的输出端与控制器连接，监控压力调节 组件轮胎压力输入端13的压力，并将压力信号传输至控制器。

增压阀、泄压阀均采用电磁阀MAC35实现，压力传感器采用TURCK  PT010R型压力传感器。

控制器接收来自压力传感器11和压力表12的轮胎胎压信号，根据设定 的控制流程进行处理，并向执行机构中的增压阀8和泄压阀9发送控制信号， 控制其进行压力调节，实现对胎压的精确控制。控制器内设定的控制流程如 下：

（1）三通电磁阀初始化；

将增压阀8及泄压阀9关闭，使轮胎处于保压状态。

（2）判断是否完成轮胎标定；

根据轮胎标定标记位是否为0，判断是否完成轮胎标定，如未进行此型 轮胎标定，则进入步骤（3）；若已完成轮胎标定，进入步骤（4）。一般而言， 初始条件下，设定轮胎标定标记位为0。

（3）轮胎标定；

采集轮胎当前压力，使轮胎泄压10秒钟。测量泄压前后压力差，计算得 到压力调整系数K。

计算K值时，将轮胎气压的变化进行线性简化，则K值得计算公式为 其中ΔP为10秒内轮胎压力降低值。而后将轮胎标定标记位改为1。

（4）轮胎目标压力计算；

根据国家标准或生产厂家对系统低压或过压报警检测需要，计算轮胎目 标压力值。如：在进行低压报警检测时，设定标准冷态气压值的75%为轮胎 目标压力值，在进行过压报警检测时，设定标准冷态气压值的125%为轮胎目 标压力值。标准冷态气压值为公知常识。

（5）判断压力差值是否大于允许值；

计算测量轮胎当前压力与目标压力差值Δp，如已小于测量允许误差，则 跳转至结束步骤，否则进入下一步。测量允许误差根据实际需要选取，如在 GB/T26149中，压力测量允许误差为8.5kPa。

（6）计算延时时间；

根据压力调整系数K，计算出延时时间T，其计算公式为：

$T=\frac{\mathrm{\Delta p}\times K\times 78}{100}$

（7）判断差值是否大于零；

判断差值Δp是否大于零，若大于零，开启增压阀，进入下一步；否则， 开启泄压阀，进入下一步。

（8）延时；

延时T秒，跳转至步骤（5）。

（9）计算测试结果；

完成控制流程，将压力调整结束时刻及相应轮胎压力数据输出，采用现 有技术计算车载轮胎压力监控系统输出结果与本系统之差值，得到测试结果， 完成对轮胎压力监测系统实车性能测试。

控制器采用现有技术结合上述功能实现，如利用工控机或微型计算机实 现。

本发明采用执行机构和控制器，建立了基于实际气路的轮胎压力闭环控 制系统，使用旋转分气装置，可将转动中的轮胎内部气体由气门嘴处引入车 内，使用压力传感器对全部轮胎内部压力进行实时测量，同时在每条轮胎的 气路上加装增压及泄压电磁阀，在希望进行压力调节时，根据目标轮胎压力 与当前轮胎压力的差值，利用电磁阀对气路进行闭环调节，从而在不产生通 讯干扰的情况下，实现行车调压功能。