基于CAN总线与无线传感器的轿车胎压监测系统

彭何欢，郑红平，麻则运

PENG He-huan，ZHENG Hong-ping，MA Ze-yun

（浙江农林大学 天目学院，临安 311300）

0 引言

胎压监测系统（TPMS）是轿车电子控制系统中较为重要的结构，这种系统在运行过程中可以接收到相关的数据信息，包括：点火开关状态、车速、温度等，对于TPMS性能的增强是很有帮助的。另一方面，TPMS自身带有的辨别功能，可以有助于TPMS初始安装、轮胎定位更新，对轮胎的位置适当调整优化。

1 轿车胎压监测系统的设计方式

对于直接式TPMS系统结构，其内部形式如图1所示，涉及到的组件有无线传感器、显示轮胎信息的仪表TPMS显示区、TPMS接收机、低频触发器、CAN总线以及LIN总线。

图1 TPMS系统结构

当把无线传感器安装于轮毂上后，其需要对轮胎里面的气压和稳定进行有效的定期检测，通常5秒左右检测1次，并用无线途径将数据信息输送到TPMS接收机。TPMS接收机一般安在驾驶室里，主要作用是对无线信号接收、处理，再把最后得到的信息经过高速CAN总线输送至ICM仪表处理，且与BCM车身控制模块等总线节点实施信息交换。低频触发器通常设置在轿车挡板内侧，利用TPMS接收机经过LIN总线控制，遇到特殊情况之后，触发器能快速查询无线传感器，保证驾驶员可参照仪表TPMS提供的数据加以调整。CAN总线通信控制器中覆盖了CAN协议的物理层、数据链路层等方面的作用，能够对通信数据的组帧有效调整，如：零位的插入/删除、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等工作。而LIN主要作用在于保证当前的汽车网络性能得到优化，对于无需使用高端通信CAN总线的场合,如：控制门、窗、后视镜时，智能传感器与制动装置则会实现通信往来，有助于控制胎压监测系统的低频触发器，采取LIN总线对节能降耗是很有帮助的。

2 系统设计

2.1 系统硬件设计

1）TPMS接收机：TPMS接收机通常安装在仪表板的下面，主要构件有：射频接收模块、CAN通信模块、微处理器、CAN控制器、LIN通信模块、电源模块。高频天线的信息获取多数是依靠无线传感器的高频无线信号，而接受之前需要通过射频接收模块的处理，如：滤波、放大、混频、解调等，然后才可输送至微处理器。微处理器的功能在于结合处理后的指令执行操作，主要功能在于CAN通信模块往仪表传输消息包，以及在总线上接收需要有用的信息，在LIN通信模块控制低频触发器的作用下往无线传感器发送低频信号。电源模块能够对轿车电瓶电源发挥作用。而接收机连接器作为轿车的专用接插件，其可以帮助TPMS接收机的电源、地线、CAN线束、LIN线束之间的链接，以保证 TPMS接收机节点和轿车CAN总线网络实现有效通信。

2）无线传感器：无线传感器选择最普遍的则是气门嘴方式，其主要安装位置遍布于轮辋上气门嘴阀杆的根部，其作用是对监测轮胎内部气压、温度加以控制，且可使用无线控制来传输到TPMS接收机。无线传感器电路结构通常有：传感器、信号调理、低频接口、射频电路、供电电池。其中，桥式电子气压传感器对轮胎里的气压做出感应，把气压信号转变成电信号进行处理。低频模块可以接收到低频触发器传送出的125 kHz低频信号，然后再按照触发信号的操作指令开展操作。

3）低频触发器：其电路结构图如图2所示，低频触发器主要布置在轿车挡板内侧，其构成组件包括了LIN通信模块、低频驱动和发射、微处理器、电源模块等。

图2 低频触发器电路结构框图

LIN通信模块利用LIN总线对TPMS接收机的信息接收处理后，可利用低频驱动和低频发射将信号传输到无线传感器，这样有助于TPMS接收机与无线传感器的多方面通讯。因而，TPMS系统除了能经过单独触发各个无线传感器，还能对各个无线传感器的身份识别码进行检测，这对于轮胎位置的控制很有帮助，且能够设置无线传感器的相关参数。而连接器的线束主要有电源线、LIN数据线、地线。电源模块的作用在于，可对轿车电瓶+12 V电源实现电平转换、滤波等处理,然后向相关设备输送一定的电压，如：微处理器、低频驱动等。

2.2 系统软件设计

对于轿车高速CAN总线通信网络内部里，TPMS系统涉及到的结构有：有线通信、无线通信控制模块，每个结构的部件都是维持TPMS系统持续运行的重要方面，一旦出现异常情况后则将给系统运行带来不便。

1）TPMS接收机的软件控制策略及通信协议：在TPMS接收机内部调整结束之后，就可以实现轮胎的辨别与通信处理，以保证系统作用的正常发挥。轮胎位置自动识别的实现，主要是TPMS接收机利用低频触发器的作用，把低频无线信号放大处理，以保证轮胎的ID信息和气压数据得以处理返回，这样可以保证TPMS接收机对轮胎的参数和位置实施处理。网络通信主要有网络管理帧、数据处理、故障诊断等。

2）无线传感器的软件控制策略及通信协议：对于无线传感器而言，其软件控制通常涉及到的结构有：初始化、中断唤醒、参数测试、数据解调等等。处于运行状态的无线传感器功能优越，其不仅能对气压、温度、电压实施检测，还能处理相关的数据信息，若感应到数据中气压值或相关参数存在异常情况，则会给出对应的报警信号，且利用无线途经对报警信息及时处理，再此之后才能达到省电睡眠状态。若检测一切正常，无线传感器需间隔5 min后对数据帧进行发送，以此达到省电睡眠状态。

表1 TPMS接收机节点的总线统计

3 测试

3.1 CAN总线通信测试

将总线分析仪与包含TPMS节点的CAN通信网络台架互相链接起来，然后通过网络平台来实施数据处理调节。从最后的结果显示（如表1所示），TPMS使用数据帧周期性刷新之后，其频率变得更加准确，未出现远程帧与错误帧，这些说明TPMS节点在网络里可以保证信息的正确传输。

3.2 无线传输测试

图3 TPMS的车载路测数据曲线

无线传感器通常设置于轮毂上,TPMS接入CAN网络之后与TPMS专用数据测试系统在对轿车性能检测。如图3（a）、（b）、（c）、（d）所示，其主要是左前、右前、左后、右后等各个位置的轮胎，图标显示的为4 h里轮胎气压、温度等数据的变化情况。图3中观察，被检测轿车的气压和温度均达到了46帧以上，信号的接收程度超过95%，轮胎气压和温度变化情况显著，进而显示出轮胎内部信息。

4 结论

若轿车总线通信网络接入TPMS系统后，TPMS节点未发生异常情况，使用帧刷新时间间隔标准，整个系统的运行状态较为稳定，且实际性能可达到具体要求。将此系统运用在轿车行驶时，可以对气压、温度等情况做出反应，以保证信息数据的准确性。

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