豐田公司車(chē)輛輪胎氣壓報(bào)警系統(tǒng)原理及使用

1、汽車(chē)安全豐田公司車(chē)輛輪胎氣壓報(bào)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(duì)現(xiàn)代高速汽車(chē)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(chē)輛運(yùn)行中對(duì)輪胎氣壓進(jìn)行檢測(cè)意義重大。本文收集了國(guó)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(xiàng)研究的原理、力學(xué)模型及實(shí)際運(yùn)用中的注意事項(xiàng),對(duì)含有此系統(tǒng)車(chē)輛的運(yùn)用和研究具有實(shí)際價(jià)值。關(guān)鍵詞:輪胎氣壓力學(xué)模型報(bào)警系統(tǒng)1前言目前在中國(guó)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(guó)這一比例更高達(dá)80%,美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)的調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明,美國(guó)每年有26萬(wàn)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。可見(jiàn),輪胎氣壓對(duì)現(xiàn)代汽車(chē)高速行駛時(shí)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(chē)輛運(yùn)行中對(duì)輪胎氣壓進(jìn)行檢測(cè)意義重大。目前,輪胎氣壓報(bào)警系統(tǒng)主要分為兩種類(lèi)型。一種是間接式,它通過(guò)汽車(chē)ABS(防抱制動(dòng)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(gè)輪胎里的以鋰離子電池為電源的壓力傳感器來(lái)直接測(cè)量輪胎的氣壓,并通過(guò)無(wú)線(xiàn)調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛臺(tái)的監(jiān)視器上。監(jiān)視器隨時(shí)顯示各輪胎氣壓,駕駛者可以直觀(guān)地了解各個(gè)輪胎的氣壓狀況,當(dāng)輪胎氣壓太低或有滲漏時(shí),系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。本文收集了國(guó)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(bào)警系統(tǒng),闡述了此項(xiàng)研究的原理、力學(xué)模型及實(shí)際運(yùn)用中的注意事項(xiàng),對(duì)含有該系統(tǒng)車(chē)輛的運(yùn)用和研究具有實(shí)際價(jià)值。2提高安全性和燃油經(jīng)濟(jì)性豐田汽車(chē)公司近年開(kāi)發(fā)了一種已應(yīng)用在Mark Chaser Cresta(裝備2JZ2GE型發(fā)動(dòng)機(jī))車(chē)上的輪胎氣壓報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以在車(chē)輛行駛中時(shí)刻檢測(cè)輪胎的氣壓,當(dāng)輪胎氣壓低的時(shí)候,位于儀表盤(pán)內(nèi)的報(bào)警燈點(diǎn)亮以警示駕駛員。這樣當(dāng)輪胎氣壓低時(shí),駕駛員能及時(shí)發(fā)現(xiàn),特別是輪胎受傷時(shí)可以及時(shí)處理,以取得較好的操縱穩(wěn)定性和行駛安全性,同時(shí)也提高了車(chē)輛的燃油經(jīng)濟(jì)性。輪胎的氣壓是影響輪胎運(yùn)動(dòng)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(chē)輛重大事故的主要原因之一。為此

4、豐田公司開(kāi)發(fā)了輪胎氣壓實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng),以減少此類(lèi)事故的發(fā)生。3車(chē)輪傳感器輪胎氣壓報(bào)警系統(tǒng)的原理是利用4個(gè)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(dòng)力學(xué)原理而設(shè)計(jì)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(shí),彈簧常數(shù)也低。利用ABS用的車(chē)輪傳感器,根據(jù)輪胎轉(zhuǎn)速信號(hào)的變化算出輪胎的彈簧常數(shù),從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輪胎氣壓。2003年第1期51 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.汽車(chē)安全因?yàn)檐?chē)輛行駛時(shí)輪胎旋轉(zhuǎn),輪胎氣壓不能直接用氣壓表測(cè)定,只能用輪胎彈性變化的振

5、動(dòng)頻率來(lái)檢測(cè)。利用4個(gè)車(chē)輪上安裝的ABS車(chē)輪傳感器產(chǎn)生的波形信號(hào)并經(jīng)過(guò)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(bào)警燈如圖1所示,報(bào)警燈的符號(hào)提示駕駛員向胎內(nèi)充氣。輪胎振動(dòng)模型如圖2所示。簡(jiǎn)化為兩個(gè)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(chē)輛行駛速度如何,輪胎的氣壓和彈簧常數(shù)成嚴(yán)格的線(xiàn)性關(guān)系。輪胎氣壓變化檢測(cè)原理如圖4所示。圖1組合儀表圖2輪胎振動(dòng)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(chē)研究與開(kāi)發(fā)汽車(chē)安全圖5是輪胎氣壓檢測(cè)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(cè)各車(chē)輪轉(zhuǎn)速,并傳送給控制器;2)報(bào)警燈:與控制器相連,用報(bào)警燈亮滅的形式告知駕駛員;3)設(shè)置開(kāi)關(guān):更換輪胎時(shí),起動(dòng)系統(tǒng)的初值設(shè)置;4)停車(chē)燈開(kāi)關(guān):檢測(cè)制動(dòng)信號(hào);5)發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算機(jī):提供進(jìn)氣溫度信號(hào);6)輪胎氣壓報(bào)警控制器:與VSC控制計(jì)算機(jī)做成一體;檢測(cè)車(chē)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)及其他信號(hào),根據(jù)演算邏輯求出輪胎氣壓,并把檢測(cè)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(shí),要設(shè)定系統(tǒng)的初值。順序如下:將4個(gè)輪胎調(diào)整到指定氣壓;打開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)(到“位),ON”圖5輪胎氣壓檢測(cè)框圖表1是輪胎氣壓報(bào)警系統(tǒng)效果表。表1輪胎氣壓報(bào)警系統(tǒng)效果表項(xiàng)目輪胎氣壓低時(shí),車(chē)輛繼續(xù)行駛的后果輪胎滾動(dòng)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(huì)發(fā)生爆胎,增加了事故的危險(xiǎn)性輪圈移位,增加了事故的危險(xiǎn)性安全性操縱穩(wěn)定性惡化,增加了事故的危險(xiǎn)性若在高速公路上爆胎,換胎非常危險(xiǎn)防止事故發(fā)生延長(zhǎng)輪胎壽命輪胎氣壓報(bào)警系統(tǒng)的效果防止燃油經(jīng)濟(jì)性惡化車(chē)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(pán)下部的輪胎氣壓控制系統(tǒng)設(shè)定開(kāi)關(guān),即完成初值設(shè)定。

8、5.2檢查模式設(shè)定開(kāi)關(guān)也是系統(tǒng)的檢查模式開(kāi)關(guān)。自診斷時(shí),使自診斷接頭的TS端子斷路,然后打開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān),系統(tǒng)即可進(jìn)行自檢。6注意事項(xiàng)輪胎氣壓報(bào)警系統(tǒng)會(huì)對(duì)車(chē)輛行駛中的輪胎氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。車(chē)輛停止時(shí)不監(jiān)測(cè)輪胎氣壓,所以盡管有此系統(tǒng),還是有必要對(duì)輪胎氣壓進(jìn)行日常檢查。報(bào)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(chē)輛以30km h以上運(yùn)行2min后,警告燈會(huì)自然熄滅。更換輪胎后,會(huì)導(dǎo)致輪胎氣壓控制器誤動(dòng)作,所以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始設(shè)定。以下原因會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)誤動(dòng)作:安裝了指定類(lèi)型以外的輪胎或多種輪胎混裝;4個(gè)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常滑的路面;停車(chē)過(guò)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(cè)量結(jié)果輪胎氣壓低時(shí),控制單元檢測(cè)并輸出信號(hào)至報(bào)警燈,提醒駕駛員檢查輪胎氣壓?？刂破鳈z測(cè)出輪胎氣壓低時(shí),報(bào)警燈有兩種狀態(tài)表示:車(chē)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(shí),指示燈點(diǎn)亮繼而熄滅。繼續(xù)行駛中再碰到以上情況時(shí),控制