汽车胎压监测系统的结构原理与故障诊断教学内容.doc

西安航空职业技术学院
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

学生姓名： 夏雨佳 班级、学号: 13406308
专 业： 汽车运用技术

西安航空职业技术学院制

2016年 12月 15 日

西安航空职业技术学院
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及功能
4、胎压监测案例分析。

时间： 2015 年 10 月 26日 至 2015 年 12 月 18 日 共 8 周
所属系部： 汽车工程学院
学生姓名： 夏雨佳 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

西安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 内 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
补充论文内容修改结构、图片等内容

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

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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及时防范。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，提醒驾驶员及时采取措施，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 and difficult to prevent as well as one of the major causes of suddentraffic accidents.No matter
    domestic or abroad traffic accidents occurredespecially in highway due to puncture.Experts
    emphasize that the bestpreventive measure is to be aware of the insufficient tire pressure in advance andtake timely precaution.Tire Pressure Monitoring System(TPMS)is born of theabove reasons.It is mainly used to monitor tire pressure automatically and alarmto warn the driver to take measures in time when the tire is in unsafe state so thatto achieve pre-protection.
目录
引言 7
1. 胎压监测系统原理 7
1.1直接式胎压监测装置 7
1.2间接式胎压监测装置 9
2.胎压监测系统主要作用 11
2.1预防事故发生 11
2.2延长轮胎使用寿命 12
2.3使行车更为经济 12
2.4可减少悬架系统的磨损 12
3. 胎压监测分类 14
4. 胎压监测原理 16
4.1直接式胎压监测 16
4.2间接式胎压监测 16
4.3两种胎压监测特点 16
5. 轮胎压力监测系统类型 17
5.1间接式WSB 17
5.2直接式PSB 17
5.3复合式TPMS 17
6．故障诊断案例
结束语 19
谢 辞 20

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内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，轮胎内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。所以合适的胎内气压，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

    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内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。

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，只要车内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内侧轮转动次数，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及时报警，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、温度范围内工作，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
当轮胎内的气压过低时，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
    轮胎内气压过足时，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及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。在国内市场上把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，国内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，国内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，目前国内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，轮胎内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，只要车内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内侧轮转动次数，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内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范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内装备直接传感器，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个轮胎内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内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，随时测定每个轮胎内部的实际瞬压，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法正常工作，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：欧盟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内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，随时测定每个轮胎内部的实际瞬压，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法正常工作，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内装备直接传感器，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个轮胎内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）以及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，离大众化和普及化还有很长的距离。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从出现到普及一样，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： nüvi 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。
　　nüvi 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
范例：李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张,反复检查了轮胎,没问题.也做了校准,依然报警.郁闷的李先生去了4s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，传感器内部加速计未启动，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，离心力启动传感器内部加速计,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，国内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，国内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，目前国内已经有相关部门准备对胎压监测系统制定行业标准。

谢 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。从恩师身上我体味到了丰富的学养、严谨的作风、求实的态度，勤奋的精神，这都成为了我不断前行的动力和标杆。恩师严谨求实和一丝不苟的学风、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，谨此一并表达我的谢意。
最后，向所有关心和帮助过我的人们致以衷心的感谢！

西安航空职业技术学院
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

西安航空职业技术学院
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
学生姓名

专业
班级
汽车运用技术
学号

论文题目

答辩委员提问：

毕业生回答：

年 月 日
西安航空职业技术学院
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）及答辩评语为：

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：
答辩委员会委员：

年 月 日
该生毕业设计（论文）最终成绩评定：
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