汽車輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀與展望

1、汽車輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)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(dān)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(jì)，在國(guó)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(guó)，這一比例更高達(dá) 80%。爆胎造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大， 怎樣防止爆胎已成為安全駕駛的一個(gè) 重要課題，研究表明，保持標(biāo)準(zhǔn)的車胎氣壓行駛和及時(shí)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(cè) 系 統(tǒng) TPMS(TirePressureMonitoringSystem) 應(yīng)運(yùn)而生。2000年 11月 1日，美國(guó)總統(tǒng)克林頓簽署批準(zhǔn)了國(guó)會(huì)關(guān)于修改聯(lián)邦

2、運(yùn)輸 法的提案，要求 2003 年 11 月以后的新車把輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為標(biāo) 準(zhǔn)配置。而最新的中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) “機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件 ”(征求意見(jiàn)稿 2003 年 11 月 24 日)中的安全防護(hù)裝置條款中有一條： “車長(zhǎng)大于 6m 的長(zhǎng)途客車和旅游客車、最大設(shè)計(jì)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(bào)警裝置 ”，“有關(guān)部分機(jī)動(dòng)車 應(yīng)安裝輪胎壓力報(bào)警裝置的要求， 自本標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之日起第 25 個(gè)月開(kāi)始 對(duì)新注冊(cè)車實(shí)施。 ”可見(jiàn)我國(guó)政府也開(kāi)始重視汽車輪胎氣壓監(jiān)測(cè)設(shè)備的 發(fā)展和應(yīng)用。二、輪胎氣壓監(jiān)測(cè)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(guó)運(yùn)輸部和國(guó)家高速公路安全管理局聯(lián)合對(duì)現(xiàn)有的兩種 TPMS系統(tǒng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)報(bào)告認(rèn)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(shì)。（一）間接式 TPMS間接式TPMS是通過(guò)汽車ABS系統(tǒng)的輪速傳感器來(lái)比較車輪之間的轉(zhuǎn) 速差別，以達(dá)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(cè)系統(tǒng)（TIMS）為例。該系統(tǒng)由以下幾個(gè)部件組成：4個(gè)車輪轉(zhuǎn)速傳感器；車身控制模塊（BCM）;復(fù)位開(kāi)關(guān)

4、；輪胎壓力過(guò)低（LOWTIRE報(bào)警燈；數(shù)據(jù)診斷接頭（DLC;線束和連接器。 當(dāng)汽車行駛時(shí)，輪胎氣壓監(jiān)視系統(tǒng)接收 4 個(gè)車輪轉(zhuǎn)速傳感器的車輪轉(zhuǎn) 速信號(hào)，進(jìn)行綜合分析。當(dāng)某一個(gè)輪胎的氣壓太高或不足時(shí)，輪胎的 直徑就會(huì)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(chǔ)存的標(biāo)準(zhǔn)值比較，就可得出輪胎氣壓太高或 不足，從而點(diǎn)亮LOWTIRE報(bào)警燈。該類型系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是無(wú)法對(duì)兩 個(gè)以上的輪胎同時(shí)缺氣的狀況和速度超過(guò) 100公里/小時(shí)的情況進(jìn)行判 斷。（二）直接式 TPMS直接式TPMS技術(shù)又分為主動(dòng)式（Active）和被動(dòng)式（Passive兩種。 主要區(qū)別是主動(dòng)式TPMS中的輪胎

5、模塊需要電池提供能量，而被動(dòng)式無(wú) 須電池。1主動(dòng)式 TPMS 主動(dòng)式 TPMS 是利用安裝在每一個(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。以加拿大 Smartire 輪胎智能監(jiān)測(cè)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(dòng)式技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，它是一成熟的技術(shù)，開(kāi)發(fā)出來(lái)的模塊可適用于 各廠牌的輪胎，但主動(dòng)式 TPMS傳感器/發(fā)射器需要電池提供動(dòng)力，因 此不可避免的帶來(lái)一些弊端， 如電池的壽命有限； 當(dāng)氣溫

6、嚴(yán)重降低時(shí)， 電池的容量就會(huì)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(xué)物質(zhì)也會(huì)導(dǎo)致環(huán)境問(wèn)題，同時(shí)由于電池的存在很難降低發(fā) 射器的重量。2被動(dòng)式 TPMS被動(dòng)式TPMS也叫無(wú)電池TPMS用一個(gè)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(gè)收發(fā)器不但要接收信號(hào) 而且要發(fā)射信號(hào)，安裝在輪胎中的轉(zhuǎn)發(fā)器(transponder)(代替了發(fā)射 器)接收來(lái)自中央收發(fā)器的信號(hào)，同時(shí)使用這個(gè)信號(hào)的能量來(lái)發(fā)射一 個(gè)反饋信號(hào)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(cè)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(lái)的問(wèn)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(biāo)準(zhǔn)才有可能。因此，無(wú)電池TPMS短期內(nèi)還難以流行。三、輪胎氣壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究現(xiàn)狀分析迄今，國(guó)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(shí)捷系列：Cayenne Boxster、 911SeriesSchmitz-CargobuJl 大眾的 Pheaton、Touareg 雪鐵龍的 C5, 英國(guó)阿斯頓 馬汀的超級(jí)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(guó)內(nèi)只有上海通用的別克安裝了 TPMS

9、。國(guó)外因立法較早其開(kāi)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(tuán)公司,諾基亞輪胎公司,日本橫濱公司等。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)有許多汽車 配件商開(kāi)始代理銷售國(guó)外的TPMS系統(tǒng)。在上海和重慶及廣東等地有幾 家公司開(kāi)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(xué)、北京理工大學(xué)、江蘇大學(xué)等高校都有學(xué)者對(duì) TPMS相關(guān)技術(shù)進(jìn)行理論研究，但都還沒(méi)有研制出樣品出來(lái)。而國(guó)內(nèi)一 些廠家生產(chǎn)的 TPMS 基本是靠引進(jìn)國(guó)外公司輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平 臺(tái)及生

10、產(chǎn)線，核心技術(shù)都掌握在國(guó)外廠家手中，基本沒(méi)有自主知識(shí)產(chǎn) 權(quán)可言。因此，隨著TPMS逐漸成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置，開(kāi)發(fā)擁有自主知 識(shí)產(chǎn)權(quán)的TPMS意義重大。汽車輪胎獨(dú)特的工作環(huán)境條件，決定了胎壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(wú)線信號(hào)傳輸穩(wěn)定性要求。因此輪胎氣壓監(jiān)測(cè)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(guó)內(nèi)在這一生產(chǎn)領(lǐng)域處于空白，主要由國(guó)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(kāi)發(fā)系統(tǒng)。（一）摩托羅拉MPXY80X0serie輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)1. MPXY80xQ

11、稱為Daytona,這是一種表面微機(jī)械加工的電容性微機(jī) 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(kuò)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(guò)校準(zhǔn)的 8 位數(shù)字壓力和溫度數(shù)據(jù)。所有這些都 在一個(gè)芯片上。2. MC68HC908RF2也稱RF2它包括兩個(gè)部分，第一個(gè)是 2KB的閃 速HC08微控制單元（與 MC68HC908RK2W同），第二部分是一個(gè)可以 發(fā)射 UHF 頻段數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的 RF 發(fā)射器，其發(fā)射距離可達(dá)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(hào)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(guò)普通串行外設(shè)接口（ SP）輸出。4. MC68HC908KX8簡(jiǎn)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(cè)系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)包括 5個(gè)模塊：4 個(gè)輪胎模塊和1個(gè)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(gè)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(kāi)發(fā)系統(tǒng)NPX開(kāi)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(gè)加速度傳感器。NPX開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：所有傳感器都 集成到一個(gè)芯片上； 能夠準(zhǔn)確測(cè)量輪胎內(nèi)部的溫度、 氣壓和電池電壓， 同時(shí)具有溫度補(bǔ)償功能，使測(cè)量更準(zhǔn)確。NPXH還可測(cè)量汽車的加速度。 此外還有LF喚醒，離心開(kāi)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(kāi)發(fā)系統(tǒng)Infin eon英飛凌科技的TPMS開(kāi)發(fā)系統(tǒng)中，Sen sor是采用收購(gòu)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(cè)單元，英飛凌 SP12和 SP12T

14、可以同時(shí) 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(gè)能完 成測(cè)量、信號(hào)補(bǔ)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(bǔ)償功能，可以對(duì)壓力，加速度，溫度，供 電電壓信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和補(bǔ)償，準(zhǔn)確提供不同型號(hào)輪胎在不同環(huán)境時(shí)的補(bǔ)償值，有效地保證了測(cè)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(duì)運(yùn) 動(dòng)的敏感性，可以實(shí)現(xiàn)汽車啟動(dòng)自動(dòng)開(kāi)機(jī)才進(jìn)入系統(tǒng)自檢，而如果檢 測(cè)到加速度很小時(shí)（表示汽車沒(méi)有運(yùn)動(dòng)）讓系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)，大大 地降低系統(tǒng)功耗。LF方式還具有自動(dòng)輪胎定位功能。TDK510XF系列是工作在 433-435MHZ （ TDK51