汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)現(xiàn)狀與展望

1、汽車輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)現(xiàn)狀與展望一、概述在汽車的高速行駛中， 輪胎故障是所有駕駛者最為擔心和最難預(yù)防的， 也是突發(fā)性交通事故發(fā)生的重要原因。 據(jù)統(tǒng)計，在國內(nèi)的高速公路上， 由爆胎引發(fā)的交通事故占事故總數(shù)的 70%。在美國，這一比例更高達 80%。爆胎造成的經(jīng)濟損失巨大， 怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個 重要課題，研究表明，保持標準的車胎氣壓行駛和及時發(fā)現(xiàn)車胎漏氣 是 防 止 爆 胎 的 關(guān) 鍵 。 于 是 汽 車 輪 胎 氣 壓 監(jiān) 測 系 統(tǒng) TPMS(TirePressureMonitoringSystem) 應(yīng)運而生。2000年 11月 1日，美國總統(tǒng)克林頓簽署批準了國會關(guān)于修改聯(lián)邦

2、運輸 法的提案，要求 2003 年 11 月以后的新車把輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)作為標 準配置。而最新的中華人民共和國國家標準 “機動車運行安全技術(shù)條件 ”(征求意見稿 2003 年 11 月 24 日)中的安全防護裝置條款中有一條： “車長大于 6m 的長途客車和旅游客車、最大設(shè)計總質(zhì)量大于 12000kg 的載貨汽車和載貨牽引車應(yīng)安裝輪胎壓力報警裝置 ”，“有關(guān)部分機動車 應(yīng)安裝輪胎壓力報警裝置的要求， 自本標準發(fā)布之日起第 25 個月開始 對新注冊車實施。 ”可見我國政府也開始重視汽車輪胎氣壓監(jiān)測設(shè)備的 發(fā)展和應(yīng)用。二、輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)的組成及工作原理目前，TPMS主要分為兩種類型，一種是 Wh

3、eel-SpeedBasedTPM(間 接式 TPMS。另一種是 Pressure-SensorBasedTP(St接式 TPMS°2001 年 7 月，美國運輸部和國家高速公路安全管理局聯(lián)合對現(xiàn)有的兩種 TPMS系統(tǒng)進行了評價，評價報告認為 PSBTPMS從功能和性能上均優(yōu) 于WSBTPMS從而使研制直接式 TPMS成為流行趨勢。（一）間接式 TPMS間接式TPMS是通過汽車ABS系統(tǒng)的輪速傳感器來比較車輪之間的轉(zhuǎn) 速差別，以達到監(jiān)視胎壓的目的。以上海通用別克轎車安裝的輪胎氣 壓監(jiān)測系統(tǒng)（TIMS）為例。該系統(tǒng)由以下幾個部件組成：4個車輪轉(zhuǎn)速傳感器；車身控制模塊（BCM）;復(fù)位開關(guān)

4、；輪胎壓力過低（LOWTIRE報警燈；數(shù)據(jù)診斷接頭（DLC;線束和連接器。 當汽車行駛時，輪胎氣壓監(jiān)視系統(tǒng)接收 4 個車輪轉(zhuǎn)速傳感器的車輪轉(zhuǎn) 速信號，進行綜合分析。當某一個輪胎的氣壓太高或不足時，輪胎的 直徑就會變大或變小，車輪的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)產(chǎn)生變化。監(jiān)視系統(tǒng)將車輪 轉(zhuǎn)速的變化情況同預(yù)先儲存的標準值比較，就可得出輪胎氣壓太高或 不足，從而點亮LOWTIRE報警燈。該類型系統(tǒng)的主要缺點是無法對兩 個以上的輪胎同時缺氣的狀況和速度超過 100公里/小時的情況進行判 斷。（二）直接式 TPMS直接式TPMS技術(shù)又分為主動式（Active）和被動式（Passive兩種。 主要區(qū)別是主動式TPMS中的輪胎

5、模塊需要電池提供能量，而被動式無 須電池。1主動式 TPMS 主動式 TPMS 是利用安裝在每一個輪胎里的以鋰離子電池為電源的壓 力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，并通過無線調(diào)制發(fā)射到安裝在駕駛 臺的監(jiān)視器上。監(jiān)視器隨時顯示各輪胎氣壓，駕駛者可以直觀地了解 各個輪胎的氣壓狀況，當輪胎氣壓太低或有滲漏時，系統(tǒng)就會自動報 警。以加拿大 Smartire 輪胎智能監(jiān)測系統(tǒng)為例。系統(tǒng)主要由傳感發(fā)射 器、接收器和顯示器組成。 主動式技術(shù)的優(yōu)點是，它是一成熟的技術(shù)，開發(fā)出來的模塊可適用于 各廠牌的輪胎，但主動式 TPMS傳感器/發(fā)射器需要電池提供動力，因 此不可避免的帶來一些弊端， 如電池的壽命有限； 當氣溫

6、嚴重降低時， 電池的容量就會受到影響而減少； 這使得它的可靠性不夠穩(wěn)定。 此外， 電池的化學物質(zhì)也會導致環(huán)境問題，同時由于電池的存在很難降低發(fā) 射器的重量。2被動式 TPMS被動式TPMS也叫無電池TPMS用一個中央收發(fā)器(centraltransceiver) 代替了一般直接式TPMS中的中央接收器。這個收發(fā)器不但要接收信號 而且要發(fā)射信號，安裝在輪胎中的轉(zhuǎn)發(fā)器(transponder)(代替了發(fā)射 器)接收來自中央收發(fā)器的信號，同時使用這個信號的能量來發(fā)射一 個反饋信號到中央收發(fā)器上。這就使得安裝在輪胎內(nèi)部的氣壓監(jiān)測器 發(fā)送數(shù)據(jù)不需要電池，從而解決了上述因電池所帶來的問題。雖然此 技術(shù)不用

7、電池供電，但是它需要將轉(zhuǎn)發(fā)器 (Tra nspo nder整合至輪胎中， 這牽涉到各輪胎制造商需建立共同的標準才有可能。因此，無電池TPMS短期內(nèi)還難以流行。三、輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)研究現(xiàn)狀分析迄今，國外已有許多車型裝配了 TPMS這些車型有：奧迪系列：A8、 A6Allroad、A8Nachfolger （D3）、RS6BentleyMidSizeBentley（MSB）;寶 馬系列：7系列、5系列、3系列、X5、Series7 （新）、Series5 （新）、 X3；奔馳系列：E-ClassAMG CL S-Class SL-Roadster E-Class Maybach、 S-Clas

8、（新）、SL-Class SLR 法拉利系列：575Maranello、Enzo F137、 ModenaMaseratiM139 （Projektname）;保時捷系列：Cayenne Boxster、 911SeriesSchmitz-CargobuJl 大眾的 Pheaton、Touareg 雪鐵龍的 C5, 英國阿斯頓 馬汀的超級跑車Vanquish,林肯大陸，旁蒂克的旗艦BonnevilleSE等等。另外，2002年夏天上市的克萊斯勒與道奇 （Dodge） 迷你箱型車以及Chrysler300M與ConcordeLimited客車也裝設(shè)TPMS 國內(nèi)只有上海通用的別克安裝了 TPMS

9、。國外因立法較早其開發(fā)生產(chǎn)的TPMS較為成熟，主要生產(chǎn)商有加拿大斯 馬輪胎設(shè)備（SmarTireSystems公司，固特異輪胎橡膠公司，米其林 集團公司,諾基亞輪胎公司,日本橫濱公司等?，F(xiàn)在國內(nèi)有許多汽車 配件商開始代理銷售國外的TPMS系統(tǒng)。在上海和重慶及廣東等地有幾 家公司開始投入生產(chǎn)并銷售TPMS主要生產(chǎn)商有上海泰好電子科技有 限公司,佛山市朗杰電子科技有限公司,深圳市瑞電通信電子有限公 司等。最近,吉林大學、北京理工大學、江蘇大學等高校都有學者對 TPMS相關(guān)技術(shù)進行理論研究，但都還沒有研制出樣品出來。而國內(nèi)一 些廠家生產(chǎn)的 TPMS 基本是靠引進國外公司輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)平 臺及生

10、產(chǎn)線，核心技術(shù)都掌握在國外廠家手中，基本沒有自主知識產(chǎn) 權(quán)可言。因此，隨著TPMS逐漸成為汽車的標準配置，開發(fā)擁有自主知 識產(chǎn)權(quán)的TPMS意義重大。汽車輪胎獨特的工作環(huán)境條件，決定了胎壓實時監(jiān)測的壓力傳感器的 高要求：要求寬溫區(qū)、寬電源電壓范圍內(nèi)較高的精度和可靠性；低功 耗要求；惡劣環(huán)境無線信號傳輸穩(wěn)定性要求。因此輪胎氣壓監(jiān)測系統(tǒng) 的核心是輪胎模塊，即微控制器芯片和壓力溫度傳感器，兩者一般集 成在一起，國內(nèi)在這一生產(chǎn)領(lǐng)域處于空白，主要由國外幾家大公司生 產(chǎn)和供貨。這里只介紹市面上三種主流的 TPMS開發(fā)系統(tǒng)。（一）摩托羅拉MPXY80X0serie輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)平臺1. MPXY80xQ

11、稱為Daytona,這是一種表面微機械加工的電容性微機 電系統(tǒng)（microelectromechanicalsystemMEMS）壓力傳感器。 Daytona 包括壓力變換器、正溫度系數(shù)擴散電阻溫度傳感器及其他所有必需的 電路。使之能輸出經(jīng)過校準的 8 位數(shù)字壓力和溫度數(shù)據(jù)。所有這些都 在一個芯片上。2. MC68HC908RF2也稱RF2它包括兩個部分，第一個是 2KB的閃 速HC08微控制單元（與 MC68HC908RK2W同），第二部分是一個可以 發(fā)射 UHF 頻段數(shù)字數(shù)據(jù)的 RF 發(fā)射器，其發(fā)射距離可達數(shù)百米（與 MC33493 相同，又稱 Tango3。3. MC33594稱Rome

12、o2,接收RF2發(fā)射信號的接收器。Romeo2可以接收和解調(diào)曼徹斯特編碼的數(shù)據(jù)并通過普通串行外設(shè)接口（ SP）輸出。4. MC68HC908KX8簡稱 KX8,作為接受器微控制器，也可以使用MC9S12DP256替代 KX&摩托羅拉MPXY80X0serie輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)參考設(shè)計包括 5個模塊：4 個輪胎模塊和1個接收模塊。輪胎模塊包括 Daytona、RF2、電池、分 立元件和印制天線。接收模塊有 Romeo2、 KX8、 5 個指示狀態(tài)的 LED、 電池、電源接插件和RS-232串行接口。（二）通用 GENovasensor的NPX開發(fā)系統(tǒng)NPX開發(fā)系統(tǒng)有兩種，一種是NPXI,另

13、一種是 NPXH。NPXH 比 NPXI 多集成了一個加速度傳感器。NPX開發(fā)系統(tǒng)的特點是：所有傳感器都 集成到一個芯片上； 能夠準確測量輪胎內(nèi)部的溫度、 氣壓和電池電壓， 同時具有溫度補償功能，使測量更準確。NPXH還可測量汽車的加速度。 此外還有LF喚醒，離心開關(guān)喚醒及加速喚醒（NPXH ）等功能。（三）Infin eon （英飛凌科技）Se nsor公司的SP12開發(fā)系統(tǒng)Infin eon英飛凌科技的TPMS開發(fā)系統(tǒng)中，Sen sor是采用收購的挪威專 業(yè)胎壓傳感器制造商SensoNor的產(chǎn)品，它采用了基于MEMS技術(shù)的硅 壓阻式壓力傳感器作為胎壓監(jiān)測單元，英飛凌 SP12和 SP12T

14、可以同時 傳輸四組不同的數(shù)據(jù)（溫度、壓力、加速度和供電） ，并配有一個能完 成測量、信號補償與調(diào)整及 SPI串行通信接口 CMOS大規(guī)模集成電路。 英飛凌SP12和 SP12T設(shè)有補償功能，可以對壓力，加速度，溫度，供 電電壓信號進行檢測和補償，準確提供不同型號輪胎在不同環(huán)境時的補償值，有效地保證了測量可靠性。SP12傳感器采用了 LF喚醒瞬態(tài)工作模式，并在傳感器模塊中增加了加速度傳感器，利用其質(zhì)量塊對運 動的敏感性，可以實現(xiàn)汽車啟動自動開機才進入系統(tǒng)自檢，而如果檢 測到加速度很小時（表示汽車沒有運動）讓系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài)，大大 地降低系統(tǒng)功耗。LF方式還具有自動輪胎定位功能。TDK510XF系列是工作在 433-435MHZ （ TDK51