丰田公司车辆轮胎气压报警系统原理及使用

1、汽车安全丰田公司车辆轮胎气压报警系统原理及使用西南林学院赵龙庆何超摘要轮胎气压对现代高速汽车的经济性、安全性和操纵稳定性的影响非常巨大。如何在车辆运行中对轮胎气压进行检测意义重大。本文收集了国内外这方面研究的有关资料,结合丰田公司的应用实例,阐述了此项研究的原理、力学模型及实际运用中的注意事项,对含有此系统车辆的运用和研究具有实际价值。关键词:轮胎气压力学模型报警系统1前言目前在中国高速公路上,由爆胎引起的交通事故已占到事故总量的70%,在美国这一比例更高达80%,美国汽车工程师协会的调查统计表明,美国每年有26万起交通事故是由于轮胎气压低或渗漏造成的,而75%的轮胎故障是由于轮胎气压不足或渗

2、漏引起的。可见,轮胎气压对现代汽车高速行驶时的经济性、安全性和操纵稳定性至关重要,如何在车辆运行中对轮胎气压进行检测意义重大。目前,轮胎气压报警系统主要分为两种类型。一种是间接式,它通过汽车ABS(防抱制动系统)的轮速传感器及轮胎的力学模型,间接求出轮胎气压,以达到监视轮胎气压的目的。另一种是直接式,它利用安装在每一个轮胎里的以锂离子电池为电源的压力传感器来直接测量轮胎的气压,并通过无线调制发射到安装在驾驶台的监视器上。监视器随时显示各轮胎气压,驾驶者可以直观地了解各个轮胎的气压状况,当轮胎气压太低或有渗漏时,系统就会自动报警。本文收集了国内外这方面研究的有关资料,结合丰田公司的一种间接式轮胎

3、气压报警系统,阐述了此项研究的原理、力学模型及实际运用中的注意事项,对含有该系统车辆的运用和研究具有实际价值。2提高安全性和燃油经济性丰田汽车公司近年开发了一种已应用在Mark Chaser Cresta(装备2JZ2GE型发动机)车上的轮胎气压报警系统。该系统可以在车辆行驶中时刻检测轮胎的气压,当轮胎气压低的时候,位于仪表盘内的报警灯点亮以警示驾驶员。这样当轮胎气压低时,驾驶员能及时发现,特别是轮胎受伤时可以及时处理,以取得较好的操纵稳定性和行驶安全性,同时也提高了车辆的燃油经济性。轮胎的气压是影响轮胎运动性能的重要因素之一,轮胎气压突然变低(轮胎爆裂)是引起车辆重大事故的主要原因之一。为此

4、丰田公司开发了轮胎气压实时检测系统,以减少此类事故的发生。3车轮传感器轮胎气压报警系统的原理是利用4个充气轮胎,在行驶中,轮胎的弹簧常数随轮胎气压变化而发生变化的动力学原理而设计的。根据此原理,系统先求出轮胎气压和弹簧常数之间的关系。轮胎气压低时,弹簧常数也低。利用ABS用的车轮传感器,根据轮胎转速信号的变化算出轮胎的弹簧常数,从而实时监测轮胎气压。2003年第1期51© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.汽车安全因为车辆行驶时轮胎旋转,轮胎气压不能直接用气压表测定,只能用轮胎

5、弹性变化的振动频率来检测。利用4个车轮上安装的ABS车轮传感器产生的波形信号并经过VSC(VehicleStabilityControlSystem)控制单元处理,求出轮胎的共振频率。由此共振频率可求出轮胎的弹簧常数,最后求出轮胎气压。轮胎气压报警灯如图1所示,报警灯的符号提示驾驶员向胎内充气。轮胎振动模型如图2所示。简化为两个弹簧构成的扭振系统模型。根据此力学模型求出轮胎气压和弹簧常数,它们之间的关系如图3所示。从图3可以看出:不论车辆行驶速度如何,轮胎的气压和弹簧常数成严格的线性关系。轮胎气压变化检测原理如图4所示。图1组合仪表图2轮胎振动模型图3轮胎气压和弹簧常数间的关系图4轮胎气压变化

6、和弹簧常数间关系52© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.汽车研究与开发汽车安全图5是轮胎气压检测框图。5系统主要组成部件和工作原理系统主要组成部件分别介绍如下:1)速度传感器:检测各车轮转速,并传送给控制器;2)报警灯:与控制器相连,用报警灯亮灭的形式告知驾驶员;3)设置开关:更换轮胎时,起动系统的初值设置;4)停车灯开关:检测制动信号;5)发动机控制计算机:提供进气温度信号;6)轮胎气压报警控制器:与VSC控制计算机做成一体;检测车轮转速信号及其他信号,根据演算逻辑求出轮胎

7、气压,并把检测阈值传送给警告灯。5.1系统的初值设定更换轮胎时,要设定系统的初值。顺序如下:将4个轮胎调整到指定气压;打开点火开关(到“位),ON”图5轮胎气压检测框图表1是轮胎气压报警系统效果表。表1轮胎气压报警系统效果表项目轮胎气压低时,车辆继续行驶的后果轮胎滚动阻力增加,燃油经济性变差经济性增加轮胎偏磨,轮胎寿命缩短会发生爆胎,增加了事故的危险性轮圈移位,增加了事故的危险性安全性操纵稳定性恶化,增加了事故的危险性若在高速公路上爆胎,换胎非常危险防止事故发生延长轮胎寿命轮胎气压报警系统的效果防止燃油经济性恶化车辆停在水平地面上确认警告灯闪烁3次,按下位于驾驶员方向盘下部的轮胎气压控制系统设

8、定开关,即完成初值设定。5.2检查模式设定开关也是系统的检查模式开关。自诊断时,使自诊断接头的TS端子断路,然后打开点火开关,系统即可进行自检。6注意事项轮胎气压报警系统会对车辆行驶中的轮胎气压进行实时监测。车辆停止时不监测轮胎气压,所以尽管有此系统,还是有必要对轮胎气压进行日常检查。报警灯点亮时,要确认轮胎气压,并按指定的值进行调整。如果系统正常,调整后车辆以30km h以上运行2min后,警告灯会自然熄灭。更换轮胎后,会导致轮胎气压控制器误动作,所以应对系统进行初始设定。以下原因会导致系统误动作:安装了指定类型以外的轮胎或多种轮胎混装;4个轮胎磨损程度不同;使用了备胎、快速安装螺钉胎和雪地胎;安装了防滑链;使用高压轮胎;行驶中爆胎后,使用气压极低轮胎;越野行驶,以及行驶在冰冻路面和非常滑的路面;停车过程中速度低于30km h;指定轮胎气压外的胎压设定。4输出测量结果轮胎气压低时,控制单元检测并输出信号至报警灯,提醒驾驶员检查轮胎气压。控制器检测出轮胎气压低时,报警灯有两种状态表示:车辆行驶中路面上的突起物冲击轮胎并达到一定强度时,指示灯点亮继而熄灭。继续行驶中再碰到以上情况时,控制器认为是轮