TPMS检测设备通过率提升的研究及应用

武利伟 朱旺 杨超 顾金龙

摘 要：本文针对汽车生产制造过程中，TPMS检测设备现场检测通过率低的问题，分析测试过程中的问题现象及原因，提出TPMS检测设备的工艺测试流程优化方案，将通过率提升至99%以上，有效提高现场生产效率及线体一次通过率，可为TPMS检测设备方案规划、工艺流程制定、现场安调及问题解决提供借鉴和参考。

关键词：TPMS检测设备 汽车制造 通过率提升

Abstract：Aiming at the low pass rate of TPMS testing equipment in the automobile manufacturing process， this paper analyzes the problem site and cause in the testing process， and puts forward the process optimization scheme of TPMS testing equipment， which improves the pass rate by more than 99% and greatly improves on-site production efficiency and once pass rate of line body， this study can provide reference for TPMS testing equipment program planning， technological process formulation， on-site installation and debugging and related problem solving.

Key words：TPMS testing equipment， automobile manufacturing， Pass rate improvement

1 前言

TPMS（Tire Pressure Monitoring System，胎壓监测系统）是安装在车辆上，以某种方式监测轮胎气压，并在一个或多个轮胎欠压时报警，以确保车辆行驶安全的辅助系统。自2018年1月1日起，我国开始实施强制性国家标准GB 26149-2017《乘用车轮胎气压监测系统的性能要求和试验方法》，并将此标准纳入《道路机动车辆生产企业及产品公告》管理[1]。该配置现在已是较为普遍且对车辆行驶安全十分重要的车辆功能之一。

2 TPMS基本原理及分类

目前，TPMS主要分为间接式和直接式两种[2]。

间接式TPMS是通过车辆ABS系统的轮速传感器来比较四只轮胎的转速，从而实现欠压报警。间接式TPMS是在轮胎转速不同时向驾驶员提供异常报警的，属于事后被动型。直接式TPMS是通过安装在轮胎里的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，属于事前主动防御型[3]。目前汽车市场上较为主流的配置为直接式TPMS。

直接式TPMS在汽车制造中，生产线需要通过TPMS检测设备将每台车已装配的四轮胎压ID读取并按照规定的顺序与VIN一起上传，之后通过电检设备或其他的通讯设备，将胎压ID写入车辆对应的ECU。整个读取过程中，VIN及四个轮胎的胎压ID，任何一个数据未读到或读取错误，即该车读取失败，需线下使用返工工具重新读取。本文通过分析影响TPMS检测设备读取通过率的因素，研究通过率提升的方案。

3 TPMS检测设备介绍

TPMS检测设备的检测原理主要是通过设备天线板的线圈发送低频信号将安装在车辆轮胎的胎压传感器激活，并将胎压传感器通过高频信号返回的胎压ID等信息处理、记录，并上传至工控机或其他系统。

3.1 硬件构成

TPMS检测设备主要由：工控机&机柜、RFID读码器、光电传感器、天线板、控制系统、围栏等组成，详见图１：

3.2 TPMS检测设备工艺流程

TPMS检测设备现场测试流程如图2：

①车辆在生产线由滑板或吊具带动，全程匀速通过TPMS检测工位。

②RFID光电传感器被车身遮挡触发，RFID读码器读取车身上的RFID标签，截取并记录其中的VIN信息。

③左侧天线板光电传感器被左前轮遮挡触发，左侧天线板通过内部的线圈发送低频激活信号，右侧天线板通过内部的线圈发送干扰信号。左前轮的TPMS传感器被低频信号激活后，发射包含传感器ID的高频信号。设备截取记录其中的ID值，作为左前轮胎压ID。

④右侧天线板光电传感器被右前轮遮挡触发，右侧线板通过内部的线圈发送低频激活信号，左侧天线板通过内部的线圈发送干扰信号。右前轮的TPMS传感器被低频信号激活后，发射包含传感器ID的高频信号。设备截取记录其中的ID值，作为右前轮胎压ID。

⑤左侧天线板光电传感器被左后轮遮挡触发，同步骤③测试流程，设备截取记录其中的ID值，作为左后轮胎压ID。

⑥右侧天线板光电传感器被右后轮遮挡触发，同步骤④测试流程，设备截取记录其中的ID值，作为右后轮胎压ID。

⑦工控机将四轮胎压ID按照规定的顺序排列后与车辆VIN一起上传至电检服务器。

⑧车辆离开TPMS检测工位，等待下台车辆进入。

4 TPMS检测设备通过率影响因素及解决方案

TPMS检测设备需满足工厂内不同车型、不同轮胎和不同胎压传感器共用，但实际调试过程中发现无法同时保证现场以上所有场景的TPMS检测通过率。通过分析TPMS检测失败车辆的数据，发现主要问题现象如下：

问题现象1：轮胎尺寸较大的车辆胎压获取成功率较低且主要失败形式为未获取到轮胎ID；

问题现象2：车辆间数据读串，现场存在前后2台车辆A和车辆B，设备记录车辆A的数据，实际部分数据来源于车辆B。并且设备中无车辆B检测记录的情况。

问题现象3：车辆内部数据读串，现场实际存在2种胎压传感器，1种传感器主要存在左前轮与左后轮读串、右前轮与右后轮读串的问题；另1种传感器主要存在左前轮与右前轮读串、左后轮与右后轮读串的问题。

问题现象4：现场读取失败的车辆，未读取到胎压ID与多个轮胎ID读串的比例基本一致。

4.1 问题1原因分析及优化方案

原因分析：设备天线板的光电触发后，设备设定了最大读取时间t秒，如在t秒内未读取到胎压ID则判定读取超时，该轮胎读取失败。当天线板的光电传感器触发时，如胎压传感器在轮胎的3点钟方向，大尺寸轮胎会存在胎压传感器还未进入天线板的情况。如果此时线体临时停线t秒以上，则设备判定未读取到轮胎ID，该轮胎直接记录读取失败。

优化方案：将“延时t秒判定超时”调整为“下个光电传感器触发判定超时”，如左侧天线板一直未读取到胎压ID，此时右侧天线板光电传感器触发，则判定左侧轮胎读取超时，左侧读取失败，同步开始右侧天线板的读取；同时TPMS设备接入并判断主线的停线信号，如接收到停线信号，则天线板停止读取，停线信号解除后天线板重新开始读取。避免异常情况下，设备持续无法读取到胎压ID，如果发生长时间停线或休息，出现持续不间断读取的现象，减轻设备负担。优化逻辑后，可以在不调整光电传感器硬件位置的情况下，兼容不同轮胎尺寸，并且可保证设备读取时间最大化，天线板利用最大化，有利于减少轮胎ID未读取到的情况发生，提升通过率。

4.2 问题2原因分析及优化方案

原因分析：TPMS光电传感器的监测逻辑为：RFID光电传感器（读取A车VIN）→左侧天线板光电传感器（A车左前轮ID读取）→右侧天线板光电传感器（A车右前轮ID读取）→左侧天线板光电传感器（A车左后轮ID读取）→右侧天线板光电传感器（A车右后轮ID读取）→RFID光电传感器（读取B车VIN）→……

现场轮胎装配设备故障时，会存在2个前轮或2个后轮未装配的情况。如A车轮胎装配存在问题，未装配的轮胎无法触发光电传感器。此时，设备记录的A车前、后轮胎ID实际可能为A车的后轮ID+B车的前轮ID，或A车的前轮ID+B车的前轮ID。而B车实际在设备中无VIN的数据记录，即同时导致B车检测失败。

优化方案：调整RFID光电传感器位置，保证每台车整个检测过程中只触发1次。TPMS检测设备在整个测试过程中一直监测RFID的光电传感器信号，如接收到触发信号，先执行复位指令，结束并记录本次的读取数据。同时开始读取车辆VIN，进行下台车的测试流程。优化光电传感器逻辑后，减少因其他设备异常和设备逻辑漏洞，从而影响通过率的情况。

4.3 问题3原因分析及优化方案

原因分析：現场存在2种类型胎压传感器，一种为内含线圈平行于传感器气门嘴杆方向的轴向传感器，一种为内含线圈垂直于传感器气门嘴杆方向的切向传感器。如下图：

TPMS检测设备读取激活胎压传感器的过程，实际是天线板通过线圈发射脉冲磁场，使TPMS传感器内部的线圈产生电流被激活，然后将ID、胎温、胎压等信息通过高频信号传出的过程。该过程中切向与轴向TPMS传感器的激活，需要不同方向的磁场，即设备的天线板需要使用不同方向的线圈发送低频信号。

优化方案：针对轴向TPMS传感器，设备的天线板采用轴向磁场的线圈发送低频信号。针对切向TPMS传感器，设备的天线板增加切向磁场的线圈发送低频信号。对于不同的TPMS传感器采用不同的模式测试，减少因胎压传感器线圈方向差异导致的通过率问题。

4.4 问题4原因分析及优化方案

原因分析：未读取到胎压ID，在排除其他异常因素后，需增加天线板读取功率；多个轮胎ID读串，则是因为正在检测的TPMS胎压传感器尚未激活，而该车另一轮胎的胎压传感器灵敏度较高，接收到低频信号后抢先激活，设备会记录到另一轮胎的信息，需降低天线板功率。未读取到轮胎胎压ID与多个轮胎轮胎ID读串的车辆数量基本一致。判断TPMS传感器灵敏度一致性较差。

优化方案：除需产品供应商控制TPMS传感器的灵敏度一致性外。优化TPMS检测设备读取流程，调整设备读取胎压ID为一小一大两个功率，即先使用较小的功率读取，如在设定时间内未读取到胎压ID，则调整为较大的功率读取，直至读取到胎压ID或下个光电传感器被触发为止。第一次小功率读取的设定时间需根据TPMS传感器的低频响应时间设定。TPMS传感器的低频响应时间为传感器的低频采样周期，第一次读取功率的设定时间需保证最少1个完整的采样周期。按方案调整后可减少TPMS传感器本身的灵敏度差异对现场设备读取的影响，提升通过率。

5 结语

通过实施以上的优化方案， TPMS检测设备对现场不同车型、轮胎和胎压传感器，通过率均可达到99%以上，有效减少了员工线下返工读取胎压ID的工作量，提升了现场生产效率及线体的一次通过率。可为TPMS检测设备的方案规划、工艺流程制定、现场安调及问题解决提供借鉴参考。

参考文献：

[1]王洪岩，段国浩，王玉磊.行车过程中胎压监测性能测试系统研究[J].上海汽车，2020.10.

[2]梁晨.汽车胎压监测系统在中国未来发展趋势分析[J]. Automobile Parts，2017.02.

[3]庞敬礼.浅谈汽车轮胎压力监测系统（TPMS）[J].Science & Technology Information，2011.19.