豐田公司車輛輪胎氣壓報警系統(tǒng)原理及使用

1、汽車安全豐田公司車輛輪胎氣壓報警系統(tǒng)原理及使用西南林學(xué)院趙龍慶何超摘要輪胎氣壓對現(xiàn)代高速汽車的經(jīng)濟(jì)性、安全性和操縱穩(wěn)定性的影響非常巨大。如何在車輛運(yùn)行中對輪胎氣壓進(jìn)行檢測意義重大。本文收集了國內(nèi)外這方面研究的有關(guān)資料,結(jié)合豐田公司的應(yīng)用實(shí)例,闡述了此項研究的原理、力學(xué)模型及實(shí)際運(yùn)用中的注意事項,對含有此系統(tǒng)車輛的運(yùn)用和研究具有實(shí)際價值。關(guān)鍵詞:輪胎氣壓力學(xué)模型報警系統(tǒng)1前言目前在中國高速公路上,由爆胎引起的交通事故已占到事故總量的70%,在美國這一比例更高達(dá)80%,美國汽車工程師協(xié)會的調(diào)查統(tǒng)計表明,美國每年有26萬起交通事故是由于輪胎氣壓低或滲漏造成的,而75%的輪胎故障是由于輪胎氣壓不足或滲

2、漏引起的?？梢?輪胎氣壓對現(xiàn)代汽車高速行駛時的經(jīng)濟(jì)性、安全性和操縱穩(wěn)定性至關(guān)重要,如何在車輛運(yùn)行中對輪胎氣壓進(jìn)行檢測意義重大。目前,輪胎氣壓報警系統(tǒng)主要分為兩種類型。一種是間接式,它通過汽車ABS(防抱制動系統(tǒng))的輪速傳感器及輪胎的力學(xué)模型,間接求出輪胎氣壓,以達(dá)到監(jiān)視輪胎氣壓的目的。另一種是直接式,它利用安裝在每一個輪胎里的以鋰離子電池為電源的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓,并通過無線調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛臺的監(jiān)視器上。監(jiān)視器隨時顯示各輪胎氣壓,駕駛者可以直觀地了解各個輪胎的氣壓狀況,當(dāng)輪胎氣壓太低或有滲漏時,系統(tǒng)就會自動報警。本文收集了國內(nèi)外這方面研究的有關(guān)資料,結(jié)合豐田公司的一種間接式輪胎

3、氣壓報警系統(tǒng),闡述了此項研究的原理、力學(xué)模型及實(shí)際運(yùn)用中的注意事項,對含有該系統(tǒng)車輛的運(yùn)用和研究具有實(shí)際價值。2提高安全性和燃油經(jīng)濟(jì)性豐田汽車公司近年開發(fā)了一種已應(yīng)用在Mark Chaser Cresta(裝備2JZ2GE型發(fā)動機(jī))車上的輪胎氣壓報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以在車輛行駛中時刻檢測輪胎的氣壓,當(dāng)輪胎氣壓低的時候,位于儀表盤內(nèi)的報警燈點(diǎn)亮以警示駕駛員。這樣當(dāng)輪胎氣壓低時,駕駛員能及時發(fā)現(xiàn),特別是輪胎受傷時可以及時處理,以取得較好的操縱穩(wěn)定性和行駛安全性,同時也提高了車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。輪胎的氣壓是影響輪胎運(yùn)動性能的重要因素之一,輪胎氣壓突然變低(輪胎爆裂)是引起車輛重大事故的主要原因之一。為此

4、豐田公司開發(fā)了輪胎氣壓實(shí)時檢測系統(tǒng),以減少此類事故的發(fā)生。3車輪傳感器輪胎氣壓報警系統(tǒng)的原理是利用4個充氣輪胎,在行駛中,輪胎的彈簧常數(shù)隨輪胎氣壓變化而發(fā)生變化的動力學(xué)原理而設(shè)計的。根據(jù)此原理,系統(tǒng)先求出輪胎氣壓和彈簧常數(shù)之間的關(guān)系。輪胎氣壓低時,彈簧常數(shù)也低。利用ABS用的車輪傳感器,根據(jù)輪胎轉(zhuǎn)速信號的變化算出輪胎的彈簧常數(shù),從而實(shí)時監(jiān)測輪胎氣壓。2003年第1期51 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.汽車安全因為車輛行駛時輪胎旋轉(zhuǎn),輪胎氣壓不能直接用氣壓表測定,只能用輪胎彈性變化的振

5、動頻率來檢測。利用4個車輪上安裝的ABS車輪傳感器產(chǎn)生的波形信號并經(jīng)過VSC(VehicleStabilityControlSystem)控制單元處理,求出輪胎的共振頻率。由此共振頻率可求出輪胎的彈簧常數(shù),最后求出輪胎氣壓。輪胎氣壓報警燈如圖1所示,報警燈的符號提示駕駛員向胎內(nèi)充氣。輪胎振動模型如圖2所示。簡化為兩個彈簧構(gòu)成的扭振系統(tǒng)模型。根據(jù)此力學(xué)模型求出輪胎氣壓和彈簧常數(shù),它們之間的關(guān)系如圖3所示。從圖3可以看出:不論車輛行駛速度如何,輪胎的氣壓和彈簧常數(shù)成嚴(yán)格的線性關(guān)系。輪胎氣壓變化檢測原理如圖4所示。圖1組合儀表圖2輪胎振動模型圖3輪胎氣壓和彈簧常數(shù)間的關(guān)系圖4輪胎氣壓變化和彈簧常數(shù)間

6、關(guān)系52 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.汽車研究與開發(fā)汽車安全圖5是輪胎氣壓檢測框圖。5系統(tǒng)主要組成部件和工作原理系統(tǒng)主要組成部件分別介紹如下:1)速度傳感器:檢測各車輪轉(zhuǎn)速,并傳送給控制器;2)報警燈:與控制器相連,用報警燈亮滅的形式告知駕駛員;3)設(shè)置開關(guān):更換輪胎時,起動系統(tǒng)的初值設(shè)置;4)停車燈開關(guān):檢測制動信號;5)發(fā)動機(jī)控制計算機(jī):提供進(jìn)氣溫度信號;6)輪胎氣壓報警控制器:與VSC控制計算機(jī)做成一體;檢測車輪轉(zhuǎn)速信號及其他信號,根據(jù)演算邏輯求出輪胎氣壓,并把檢測閾值傳送給

7、警告燈。5.1系統(tǒng)的初值設(shè)定更換輪胎時,要設(shè)定系統(tǒng)的初值。順序如下:將4個輪胎調(diào)整到指定氣壓;打開點(diǎn)火開關(guān)(到“位),ON”圖5輪胎氣壓檢測框圖表1是輪胎氣壓報警系統(tǒng)效果表。表1輪胎氣壓報警系統(tǒng)效果表項目輪胎氣壓低時,車輛繼續(xù)行駛的后果輪胎滾動阻力增加,燃油經(jīng)濟(jì)性變差經(jīng)濟(jì)性增加輪胎偏磨,輪胎壽命縮短會發(fā)生爆胎,增加了事故的危險性輪圈移位,增加了事故的危險性安全性操縱穩(wěn)定性惡化,增加了事故的危險性若在高速公路上爆胎,換胎非常危險防止事故發(fā)生延長輪胎壽命輪胎氣壓報警系統(tǒng)的效果防止燃油經(jīng)濟(jì)性惡化車輛停在水平地面上確認(rèn)警告燈閃爍3次,按下位于駕駛員方向盤下部的輪胎氣壓控制系統(tǒng)設(shè)定開關(guān),即完成初值設(shè)定。

8、5.2檢查模式設(shè)定開關(guān)也是系統(tǒng)的檢查模式開關(guān)。自診斷時,使自診斷接頭的TS端子斷路,然后打開點(diǎn)火開關(guān),系統(tǒng)即可進(jìn)行自檢。6注意事項輪胎氣壓報警系統(tǒng)會對車輛行駛中的輪胎氣壓進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。車輛停止時不監(jiān)測輪胎氣壓,所以盡管有此系統(tǒng),還是有必要對輪胎氣壓進(jìn)行日常檢查。報警燈點(diǎn)亮?xí)r,要確認(rèn)輪胎氣壓,并按指定的值進(jìn)行調(diào)整。如果系統(tǒng)正常,調(diào)整后車輛以30km h以上運(yùn)行2min后,警告燈會自然熄滅。更換輪胎后,會導(dǎo)致輪胎氣壓控制器誤動作,所以應(yīng)對系統(tǒng)進(jìn)行初始設(shè)定。以下原因會導(dǎo)致系統(tǒng)誤動作:安裝了指定類型以外的輪胎或多種輪胎混裝;4個輪胎磨損程度不同;使用了備胎、快速安裝螺釘胎和雪地胎;安裝了防滑鏈;使用高壓輪胎;行駛中爆胎后,使用氣壓極低輪胎;越野行駛,以及行駛在冰凍路面和非?；穆访?停車過程中速度低于30km h;指定輪胎氣壓外的胎壓設(shè)定。4輸出測量結(jié)果輪胎氣壓低時,控制單元檢測并輸出信號至報警燈,提醒駕駛員檢查輪胎氣壓。控制器檢測出輪胎氣壓低時,報警燈有兩種狀態(tài)表示:車輛行駛中路面上的突起物沖擊輪胎并達(dá)到一定強(qiáng)度時,指示燈點(diǎn)亮繼而熄滅。繼續(xù)行駛中再碰到以上情況時,控制