2016年10月13日 星期四

胎壓偵測輔助系統真的很重要

2000年,由於Firestone輪胎的品質有瑕疵,出現輪胎胎體剝離,被捲入車內的傳動軸,導致後輪卡死、輪胎爆裂,進而翻覆演變成重大的車禍事件,如 此一連串嚴重的爆胎翻車事故,造成了超過上百人的 傷亡,引起了業界和美國政府的高度關注,Firestone 也被迫一次收回650萬個同型輪胎。

此外,根據美國汽車工程師學會的調查顯示,美國每年有26萬件交通事故是由於輪胎故障所造成的;而且,其中75%的輪胎故障是來自於輪胎滲漏或充氣不足。

於是美國政府要求汽車製造商加速發展TPMS系統,以求減少輪胎異常事故發生的比率。這也促成了美國運輸部高速公路交通安全局(NHTSA)在2005年制定『聯邦機動車輛 安全標準;胎壓監測系統』草案(TPMS FMVSS No. 138),不僅規定了TPMS的檢測方法,並明定2007年之後,所有在美國銷售的汽車都必須安裝TPMS。


輪胎的異常問題一直是所有駕駛者最為擔心和最難預防的問題之一,而胎壓偵測輔助系統(Tire Pressure Monitoring System, TPMS)的功用即在於協助用車人監測胎壓情況,因為保持標準的胎壓行駛和及時發現車胎漏氣正是防止爆胎的兩大重要關鍵因素;而TPMS可在輪胎胎壓發生異常初期,例如胎壓過低、過高、快速漏氣、胎溫過高等故障情形時發出異常警報,提醒駕駛注意,進一步達到預防爆胎的效果,避免事故傷亡發生。

TPMS屬於主動式安全系統,能夠在輪胎出現危險徵兆時即時警報,有助於駕駛採取措施應對。同時由於其隨時監控輪胎狀況,因此還具備延長輪胎使用壽命、減少行駛間不必要的油耗,以及可避免車輛在胎壓不正常的狀態下行駛,長期下來可減少對底盤及懸吊系統造成傷害等優點;加之現今民眾對行車安全觀念的提升,以及美國、歐盟立法強制規範的大力推動下,讓TPMS已普遍為用車人所接受,也成為汽車用品市場上備受關注的 一項產品。



1.TPMS型式:主要分為兩種型式如上圖。

一種是間接式TPMS(Wheel-Speed Based TPMS, WSB TPMS),係透過汽車ABS系統的輪速感測器來比較車輪之間的轉速差別,以達到監視胎壓的目的;換言之,如果其中一個輪胎的胎壓過低 時,每公里轉動次數便與其他3個輪胎不同,系統就會產生自動警示。但其缺點為無法對兩個以上同時缺氣的輪胎狀況進行判斷。

另一種為直接式TPMS(Pressure-Sensor Based TPMS, PSB TPMS),係利用安裝在每一個輪胎裡的壓力感 測器來直接測量輪胎的氣壓,再透過傳輸器,將資料傳輸到駕駛座前的接收器上,駕駛者可以直接從顯示器了解各個輪胎的胎壓狀況,當輪胎氣壓太低或有滲漏時,系統會自動警報。

由於直接式TPMS在功能和性能上均優於間接式TPMS,因此成為現在普遍使用的主流型類。


2.TPMS組成

TPMS系統主要有二個部分組成:分別為安裝在汽車輪胎裡的遠程輪胎壓力監測模組(Remote Tire Pressure Monitoring, RTPM)和安裝在汽車駕駛台上的中央顯示器。一個TPMS系統有4個或5個(包括備胎)壓力監測模組,將測量得到的信號通過射頻無線電波(Radio Frequency, RF)發射出去;當中央顯示器接收到信號,便將各個輪胎的壓力數據顯示在螢幕上,供駕駛者參考,如果出現異常,則發出不同的警報信號,提醒駕駛者採取必要的措施。如圖2所示。


(1)TPMS感測器

由於汽車在高速跑動時輪胎內的環境十分惡劣,胎內壓力、溫度或濕度變化都非常大,所以安裝在車胎裡的感測模組也必需使用較高規格的元件,主要包括了半導體壓力/溫度感測器、數位訊號處理單元和電源管理器的晶片系統模組等共同整合而成,並且全部以機電系統(Micro Electro-Mechanical Systems, MEMS)技術來設計、生產;主要有矽整合電容器式壓力感測器,以及矽壓阻式壓力感測器2種。當壓力訊號經TPMS感測器模組內的電路處理,透過其傳輸埠送給安裝在模組內的訊號處理單元,綜合成數據串流,再進入同一封裝內的無線電波發射IC,依照設定的超高頻率調變(目前較通用的無線電波的發射頻率為315MHz與434MHz),然後發射給安裝在駕駛台內的接收器,如圖3所示。

由無線電波接收IC和訊號處理微控制器、顯示器所組成的TPMS接收器,可安裝在汽車儀表板內,附帶控制鍵盤的顯示器可安裝在駕駛台上,顯示每個輪胎的壓力、溫度與識別碼以及聲光警報。現在甚至有TPMS業者與智慧型手機結合推出相關應用程式(如圖4),讓駕駛者更方便掌握車輛輪胎的狀況。



三、台灣TPMS法規驗證規範

如同美國在2000年時所發生的爆胎意外,造成嚴重傷亡,國內也曾因車輛在雪山隧道內爆胎,引發追撞及火燒車事件,再加上高速公路上因爆胎所引起的事故層出不窮,因此日前交通部參考歐洲法規ECER64,新增「車輛安全檢測基準」第六十八 項規定,自民國103年11月1日起,新型式九人座以下小客車、及3.5噸以下貨車將強制安裝TPMS,正 式跟進美、歐等先進國家法案趨勢,以期降低爆胎事故的悲劇發生。

依據「胎壓偵測輔助系統」基準所規定的測試內容主要包括四項,簡單說明如下:

1. 因意外事故造成氣壓損失之胎壓試驗:試驗前,先以80±10 km/h之平均速度駕駛車輛至少20分鐘(使輪胎進入正常工作溫度,稱為學習階段),量測胎壓後再將任一個輪胎洩壓,當車輛任一輪胎其工作壓力降低20%或達到最小氣壓150千帕(以兩者較高為準)時,TPMS應於10分鐘內點亮警示。

2. 胎壓明顯低於最佳性能建議之壓力試驗:試驗前比照上述,先進行學習階段,量測胎壓後再將所有四個輪胎洩壓,當任一輪胎(至多四個 輪胎)之工作壓力已降低20%時,則TPMS應在連續行駛不超過60分鐘之時間內,點亮警告訊號。

3. 失效試驗:依據失效模擬方法,使車輛胎壓 偵測系統內控制或響應訊號的產生或傳送發生故障,例如切斷任何TPMS零件之電源、拆下TPMS零件間之任何電路接線等,使電子傳輸發生錯誤,TPMS應在10分鐘內點亮警告訊號。

4. 警告指示:當車輛啟動(點火)開關時,警告訊號應產生。警告識別標誌可使用閃爍模式,以提供有關胎壓偵側輔助系統重新設定狀態之資訊,且應於車輛使用手冊之相關記述一致。

請參考此:胎壓測試費用


四、結論

試想,車輛行駛在高速公路或準備開上高速公路之前輪胎扎到一根釘子,此時若沒有胎壓監測器提供警示,車主是否或何時才會發現?

也許有經驗或細心一點的駕駛可能會因為方向盤傳來不穩定的抖動,然後趕緊停車察看;但若是警覺心較低或是不熟悉車況的新手駕駛,極可能會真的遭遇到爆胎的後果,且無論如何,兩者都是相當危險的情況。如此一想,相信讀者們就可以完全體會TPMS的確是用車人的好幫手;同時也不難瞭解為何TPMS是繼安全帶以及空氣囊之後,第三個被世界先進國家一致列為標準配備的汽車安全配備產品,其對於提升人們行車安全的重要性自然就不言可喻了。所以,親愛的駕駛朋友,您的輪胎TPMS了嗎?

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陳道 Will Chen
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