【文章內容簡介】 。輪胎氣壓過低，會使胎體增大變形，造成胎側開裂，同時使輪胎接地面積增大，加快胎肩的磨損，也會導致過度摩擦生熱，使橡膠老化、簾線折斷，最終導致爆胎。特別是當汽車在高速行駛（速度超過 120KM/H）時，還容易產生“諧振動”現象而引發(fā)巨大的諧振作用力，此作用力最容易導致受傷的輪胎產生突然爆胎現象，由于此現象發(fā)生于高速行駛時，危害極大。輪胎氣壓缺氣行駛，輪胎的下沉量增大，在急拐彎時容易投生“胎壁著地”的現象，而胎壁是輪胎最薄弱的地方，“胎壁著地”最容易導致發(fā)生突然爆胎現象?！PMS 系統(tǒng)的分類和結構 13 / 54ＴＰＭＳ汽車胎壓監(jiān)測系統(tǒng)的關鍵技術研究和工程實現縱觀各大公司開發(fā)設計的ＴＰＭＳ系統(tǒng)，可分為如Ｆ兩種類型，一種是間接式ＴＰＭＳ（Ｗｈｅｅｌ＊ＳｐｅｅｄＢａｓｅｄＴＰＭＳ，簡稱：ＷＳＢＴＰＭＳ），另一種是直接式ＴＰＭＳ（Ｐ怕ｓｓｕｒｅ—ＳｅｎｓｏｒＢａｓｅｄＴＰＭＳ，簡稱ＰＳＢＴＰＭＳ）。每個系統(tǒng)都有自己的優(yōu)缺點：間接系統(tǒng)相對便宜，使用時，已經裝備了４輪ＡＢＳ（每個輪胎裝備１個輪轉速傳感器）的汽車只需要對軟件進行升級，但是測量準確度低，在某些情況下此類系統(tǒng)會無法正常工作。直接系統(tǒng)可提供更高級的功能和準確度，可隨時測定每個輪胎內部的實際氣壓，很容易確定故障輪胎，但相對價格較高。１、間接式ＴＰＭＳ間接式ＴＰＭＳ系統(tǒng)主要通過汽車ＡＢＳ系統(tǒng)的輪速傳感器來比較輪胎之間的轉速差別，以達到監(jiān)視胎壓的目的。在汽車行駛時，當輪胎的氣壓降低時，車輛的重量會使輪胎直徑變，輪速變快。經過綜合分析，這種變化可用于觸發(fā)警報系統(tǒng)來向司機發(fā)出警告。此類型系統(tǒng)的主要缺點是無法對兩個以上輪胎同時缺氣的狀況和速度超過１００公里／ｄ，時的情況進行判斷，也無法滿足ＮＨＴＳＡ提出的偏離正常２５％報警的要求１１ｑ。從市場的占有率來看，間接式ＴＰＭＳ作為ＴＰＭＳ的先驅將逐步淡出。２、直接式ＴＰＭＳ直接式ＴＰＭＳ系統(tǒng)是利用安裝在每一個輪胎里的壓力傳感器來直接測量輪胎的氣壓，利用無線通信的方式與駕駛室內監(jiān)控器進行通信，顯示并監(jiān)測各輪胎氣壓，當輪胎氣壓過低、過高、有滲漏或者輪胎內溫度不正常時時，系統(tǒng)都可議自動報警。許多歐洲的汽車廠商已將直接式ＴＰＭＳ配裝于自己的車型之中，其中包括：德國寶馬的Ｚ８、法國雪鐵龍的Ｃ５、英國阿斯頓?馬汀的超級跑車Ｖａｎｑｕｉｓｈ、林肯大陸、克萊斯勒與道奇（Ｄｏｄｇｅ）迷你箱型車以及Ｃｈｒｙｓｌｅｒ３００Ｍ與ＣｏｎｃｏｒｄｅＬｉｍｉＩｅｄ客車、旁蒂克的旗艦ＢｏｎｎｅｖＪｌｌｅＳＥ等等，梅賽德斯－奔馳Ｓ級轎車最新的改進也將ＴＰＭＳ作為選裝件。圖 是一個集成子遙控車鎖裝置的直接式 TPMS 系統(tǒng)的TPMS 系統(tǒng)的構架。14 / 54　　　　　　　　　　圖 通過比較可確定選用直接式 TPMS 系統(tǒng) 選用的直接式 TPMS 系統(tǒng) 直接式 TPMS 系統(tǒng)目前直接式ＴＰＭＳ主要可分為兩大類。１、使用電池方案。即固定于輪胎內部的胎壓遙測模塊用自帶電池供電工作。這也是當前市場的主導類型。其中的胎壓遙測模塊功能性框圖如圖圖 由以下幾個部分組成：（１）具有壓力（溫度、加速度、電壓）檢測和后信號理ＡＳＩＣ芯片組合的智能傳感器ＳｏＣ；（２）４．８位單片機（ＭＣＵ）；（３）ＲＦ射頻發(fā)射芯片；（４）電池；（５）天線。因為輪胎內惡劣的工環(huán)境，所有組件、材料都要滿足－４０℃到＋１２５℃的使用溫度范圍。15 / 54ＴＰＭＳ傳感器是一個集成了半導體壓力傳感器、半導體溫度傳感器、數字信號處理單元、和電源管理器的片上系統(tǒng)模塊。為了強化胎壓檢測功能，有不少ＴＰＭＳ胎壓遙測模塊內還增加了加速度傳感器、電壓檢測、內部時鐘、看門狗，和帶１２ｂｉｔＡＤＣ、４ｋＢｙｔｅＦｌａｓｈ、２ｋＲＯＭ、１２８ＢｙｔｅＲＡＭ、１２８ＢｙｔｅＥＥＰＲＯＭ及其它功能的ＡＳＩＣ數字信號處理單元或ＭＣＵ。這些功能芯片使得ＴＰＭＳ傳感器不僅能實時檢測汽車開動中的輪胎壓力和胎內溫度的變化，而且還能實現汽車移動即時開機、自動喚醒、節(jié)省電能等功能。電源管理器確保系統(tǒng)實現低功耗，使一節(jié)鋰電池可以使用３－５年。ＴＰＭＳ的壓力傳感器都是用基于ＭＥＭＳ技術來設計生產的，主要有硅集成電容式壓力傳感器，如Ｍｏｔｏｒｏｌａ的ＭＰＸＹ８０２０、ＭＰＸＹ８０４０；硅壓阻式壓力傳感器，如ＧＥＮｏｖａＳｅｎｓｏｒ的ＮＰＸｌ、ＮＰＸ２，ＩｎｆｌｎｅｏｎＳｅｎｓｏＮｏｒ的ＳＰｌ２、ＳＰｌ２Ｔ、ＳＰ３０。硅壓阻式壓力傳感器采用高精密半導體電阻應變片組成惠斯頓電橋作為力電變換測量電路，其測量精度能達０．０１．０．０３％ＦＳ對于ＲＦ發(fā)射芯片．ＴＰＭＳ的工作頻率北美標準為315ＭＨｚ，歐洲標準為４３３．９２ＭＨｚ，韓國為４４８ＭＨｚ，已有人建議新標準為８６８ＭＨｚ。其發(fā)射功率義不能超過１０ｄＢｍ，否則要接受無線電管制。工作模式有ＡＳＫ、ＦＳＫ，其中ＦＳＫ抗干擾較好。圖 ＴＰＭＳ中央監(jiān)視器主要由ＵＨＦＡＳＫ／ＦＳＫＲＦ接收ｌＣ和信號處理ＭＣＵ、鍵盤、ＬＣＤ顯示器組成。ＲＦ接收ｌＣ和ＭＣＵ可獨立封裝，也可集成在汽車儀表箱內，帶控制鍵盤的ＬＣＤ能實時顯示每個輪胎的壓力、溫度，和每一個輪胎的ＩＤ識別碼，以及詳細的報警信息。由于接收系統(tǒng)是工作在汽車車廂內，其環(huán)境溫度是常溫而且變化不大，電源可以使用汽車的１２Ｖ或２４Ｖ16 / 54電源，因此對器件選用只要是工業(yè)級即可，省電的要求也不高。ＲＦ接收ＩＣ選用時一般考慮需要較高的接收靈敏度，以提高ＴＰＭＳ的工作效率和降低整個系統(tǒng)的生產成本，ＡＴＭＥＬ的Ｔ５７４３、Ｉｎｆｉｎｅｏｎ的ＴＤＫ５２１０的標稱靈敏度都達－１００ｄＢｍ以上。這種使用電池的直接式ＴＰＭＳ系統(tǒng)有兩個主要缺點?！綦姵氐氖褂脮r間直接影響整個胎壓遙測模塊的使用時間。一旦電池耗盡，模塊即須更換。因為從安全性考慮，輪胎內部電路需要做成密封，更換電池和把傳感器從輪胎內取出的成本較高，所以該模塊就是一種一次性產品。一般情況下只有和輪胎一起更換。一般的公路車行駛３００００－５００００ｋｍ需要換一次胎，折合到時間４至５年必須更換。所以系統(tǒng)中胎壓遙測模塊的使用壽命也應該達到４至５年。另外，也正是由于封閉性，所以自產品下生產線之刻起，遙測模塊便開始耗電，所以產品實際使用壽命應該為出廠值減去安裝之前的消耗。所以對這種類型的ＴＰＭＳ系統(tǒng)而言，低功耗設計至關重要?！籼哼b測模塊質量較大。僅電池的重量一般就在１０９左右。胎壓遙測模塊的安裝會使輪胎質量分布不均勻，偏在車輪的內側或外側。從而引起車輪中高速時產生偏擺振動。若要使重量均勻分布就必須進行輪胎動平衡校正。這也是所有直接式ＴＰＭＳ系統(tǒng)安裝后必須做的一步。未裝輪胎時，輪輞的不平衡度應不大于０．０４－０．０５Ｎ?ｍ裝上輪胎后，車輪的不平衡度，應不大于０．１０．０．１２Ｎ?ｍ。輪輞邊緣允許的平衡塊重量不大于７０９””。對輪胎而言，外來物質量越大，動平衡越難做，一旦超出配重可調節(jié)范圍，必將會導致車輛高速行駛時的抖動。２、無電池方案。即輪胎內部傳感器不使用電池供電。目前有兩個發(fā)展方向，能量來源分別為ＲＦＩＤ中讀頭的發(fā)射功率和汽車行進過程中的機械能。無線射頻識別技術（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ＲＦＩＤ）是一種非接觸式的自動識別技術，其基本原理是利用了射頻信號和空間耦合（近距離的電感或遠距離的電磁耦合）傳輸特性，其中電感耦合依據的是電磁感應定律，而電磁耦臺則是以雷達原理為模型，發(fā)射出去的電磁波碰到目標后反射同時帶回目標信息，依據的是電磁波的空間傳播規(guī)律。射頻識別系統(tǒng)一般由兩個部分組成，即電子標簽（Ｔａｇ）和閱讀器（Ｒｅａｄｅｒ）。在ＴＰＭＳ系統(tǒng)中Ｔａｇ即附著于胎壓遙測模塊，Ｒｅａｄｅｒ則由接收模塊來完成。以ＲＦＩＤ技術作為研發(fā)智能輪胎的基礎，美國固特異輪胎橡膠公司就是其中的一員。該公司和西門子ＶＤＯ汽車配件公司合作，成功研發(fā)出一種鈕扣電池般大小的帶ＲＦＩＤ卡傳感器。該傳感器除了能夠感知輪胎內的氣壓、胎體溫度的變化并發(fā)射反映這種變化的信號外，還具有標識輪胎的功能，也就是說，它既可用于輪胎氣壓監(jiān)測，還可以用于輪胎歷程可追溯性記錄。采用無電池方案的廠家，除了美國固特異輪胎橡膠公司之外還有開始提到的日本ＡＬＰＳ。其公布的系統(tǒng)結構如下：17 / 54圖 　　以上分析比較可得，直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)比簡直式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數據更為準確，監(jiān)測方式更為貼切，系統(tǒng)反應速度更為快捷。對駕乘人員及至汽車本身來講直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)更為可靠。而比較兩種現行的直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)可知，有電池模塊的系統(tǒng)比無電池模塊的系統(tǒng)成本更為可觀，技術更為成熟。只要解決電池壽命的問題，相信有電池模塊的直接式胎壓監(jiān)測系統(tǒng)將會成為汽車胎壓監(jiān)測的主流。為保障監(jiān)測的準確性與監(jiān)測系統(tǒng)的使用穩(wěn)定性，本設計中所用到的基礎TPMS 系統(tǒng)將會采用直接式 TPMS 系統(tǒng)，輪胎模塊供電模式采用有電池供電方案，其中輪胎內的電池將會通過電磁發(fā)電機為其供應充電電流。2．2．2 電池的選用經過學習，我了解到電池、 MCU 、傳感器是 TPMS 系統(tǒng)中最核心的三大部件，這些部件實際的工作環(huán)境非常惡劣，不僅要耐高低溫（ 40 ℃ ― 125 ℃ ） ，而且還能抗擊振動、離心作用和高氣壓，因此要求非常高。而 MCU 、傳感器已經做到準軍品級 ( 汽車電子 ) ，所以電池也應該采用同級別的品種才能達到可靠和安全的目的。 目前，工業(yè)級的電池中主要是鋰亞電池（鋰 / 亞硫酰氯， Li/SOCl 2 ， ER 系列）， 鋰錳電池（鋰 / 二氧化錳， Li/MnO 2 ， CR 系列 ） 及鋰氟化碳 （鋰 / 氟化碳， Li/CF ， BR 系列），其特性比較如下： 品 種 空載電 壓 負載電 壓 放電電 壓 自放 電 高低溫放電特 性 能量體積比 瞬間放電脈沖電流 價格及廠家 鋰亞 平穩(wěn) 極低 高低溫特性都 非常好 最高 小 價格適中，國內外均有制造廠家 鋰錳 傾斜 低 高溫尚可，低 溫放電較快 高 較大 國產價格低，電池性能達不到使用要求，進口電池價格適中 鋰氟 傾斜小 低 高溫好過 CR 高 較大 價格高，只有18 / 54但高低溫都比 ER 要差 日本廠家生產 從以上表中可看出，鋰亞電池除瞬間放電脈沖電流一項外，都要優(yōu)于鋰錳，鋰氟電池。鋰亞電池屬于能量型電池，鋰錳 / 鋰氟電池屬于功率型電池（可瞬間放出較大的脈沖電流），但在 TPMS 系統(tǒng)中正好不需要較大的脈沖電流（ MCU 和 RF 即使在發(fā)射時都是很小功率）深圳艾博爾新能源有限公司（ ABLE ）是鋰亞 / 鋰錳電池專業(yè)制造商，在該領域的研究、開發(fā)已超過 10 年，積累了豐富的理論和工藝經驗。其產品以其優(yōu)越的超高低溫特性和極其微弱的自然放電特性，在軍事和工業(yè)領域有廣泛的應用，目前 ABLE 產品 80% 出口到歐美國家。 在汽車胎壓自動檢測系統(tǒng) ( TPMS ) 方面，因電池使用失效不能在短時間之內就有結果， ABLE 公司經過研究與改進，專門為此設計了型號為 ER2450 ， ER2286 ， ER10240S， ER10280 等的電池。其中 ER2450 可以直接替代以色列 TADIRAN 公司的 TLH2450 ，其電池性能指標如下： 選用電池具體參數如下：Alternative models 1/2AAElectrical characteristics(typical values relative to cells stored for one year or less at+30 max.)Nominal capacity 空載電壓： ，負載電壓： 容量： 工作溫度： 40 ℃ ― +60 ℃ 保存時間： 10 年以上 焊腳紐扣型，外殼加厚，可焊在 PCB 上，安裝更牢固，防振動性更好 19 / 54(at 1 mA +20 cut off. The capacity restored by the cell variesaccording to current drain, temperature and cut off).Open circuit voltage (at +20 ) Nominal voltage (at 1mA +20 ) Pulse capability: Typically up to 70 mA (70 mA/ second pulses,drained every 2 mn at +20 from undischarged cells with 10 A basecurrent, yield voltage readings above . The readings may vary accordingto the pulse characteristics, the temperature, and the cell s previous history.Fitting the cell with a capacitor may be remended in severe conditions.Max. Continuous current 7mAMax. Pulse