胎壓監測系統(TPMS)技(jì )術與計劃考慮
胎壓監測系統(TPMS)技(jì )術與計劃考慮
TPMS關于前進汽車(chē)安(ān)全性有(yǒu)無關宏旨的影響，輪胎是汽車(chē)和路面僅有(yǒu)直接接觸的有(yǒu)些。輪胎過于脹大或處于充氣缺少狀況都會影響汽車(chē)安(ān)全性。有(yǒu)許多(duō)事端都因輪胎出現狀況而緻使的。美國(guó)高速公(gōng)路安(ān)全協會（NHTSA）也因此立法強行實施TPMS。
各種TPMS 系統技(jì )術和商(shāng)場狀況
當時TPMS首要有(yǒu)三種完結方法：間接式TPMS系統、直接式TPMS系統和正在推出的混合式TPMS系統。
如今的間接式TPMS是與車(chē)輛的防抱死系統（ABS）一同運用(yòng)的。ABS選用(yòng)車(chē)輪轉速傳感器測量每個車(chē)輪的轉速。當一個輪胎的氣壓減小(xiǎo)時，翻滾半徑就減小(xiǎo)，而車(chē)輪的旋轉速度就相應地加快。
假設這個比率違反設定的公(gōng)差，一個或更多(duō)輪胎就會過于脹大或處于充氣缺少狀況。然後，指示燈會提示司機，有(yǒu)一個輪胎處于低壓狀況。但是，直接TPMS有(yǒu)一定的局限性。
第一是指示燈無法指出是哪個輪胎處于低壓狀況。
第二，當同一車(chē)軸或同一側的兩個輪胎都處于低壓狀況時，它無法檢測出究竟是哪個輪胎充氣缺少。
第三，假設全部四個輪胎都處于低壓狀況，該系統不會發現這一缺點。另外，氣壓缺少時輪胎直徑的減少和氣壓的降低非常細微。關于薄胎來說，69kPa (~10 psi)的壓降隻會使直徑減小(xiǎo)1mm。這種壓降不符合美國(guó)的結束判定規矩（Final Ruling）所規矩的25%原則，選用(yòng)直接方法進行檢測在很(hěn)大程度上依賴于輪胎和負載因子。
直接TPMS選用(yòng)固定在每個車(chē)輪中(zhōng)的壓力傳感器直接測量每個輪胎的氣壓。然後，這些傳感器會通過發送器将胎壓數據發送到中(zhōng)心接收器進行分(fēn)析，分(fēn)析效果将被傳送至設備在車(chē)内的閃現器上。閃現器的類型和當今大多(duō)數車(chē)輛上設備的簡略的胎壓指示器不一樣，它可(kě)以閃現每個輪胎的實習氣壓，甚至還包括備用(yòng)輪胎的氣壓。因此，直接TPMS可(kě)以聯接至閃現器，告訴司機哪個輪胎充氣缺少。由于直接TPMS可(kě)直接測量每個輪胎的氣壓，因此當任何一個或幾個輪胎處于低壓狀況時，它們都會檢測出這種狀況，當車(chē)輛的全部四個輪胎都處于低壓狀況時也可(kě)以檢測到。直接TPMS也可(kě)檢測到較小(xiǎo)的壓降。有(yǒu)些系統甚至可(kě)以檢測到7 kPa (~1.0 psi)的壓降。
為(wèi)滿足多(duō)輪壓力檢測需要，常規的直接TPMS需要在系統中(zhōng)設備兩個額外的胎壓傳感器和一個射頻接收器。胎壓傳感器要設備在車(chē)輪上，兩個傳感器呈對角設備。由于系統設備了直接氣壓傳感器，混合TPMS可(kě)以打敗常規直接TPMS的局限性，它們可(kě)以檢測到在同一個車(chē)軸或車(chē)輛同一側的兩個處于低壓狀況的輪胎，當全部4個輪胎都處于低壓狀況時，系統也可(kě)以檢測到缺點。但是，和直接系統相似，當兩個呈對角的輪胎（不帶直接氣壓傳感器）都處于低壓狀況時，系統隻能(néng)檢測到一個輪胎充氣缺少。
混合TPMS可(kě)以降低系統本錢，但在系統可(kě)靠性和靈活性方面還不可(kě)志(zhì)向。并且它不能(néng)全部定位欠壓輪胎。
跟着技(jì )術的展開，直接TPMS系統已逐漸演變為(wèi)3個首要系統類型，即幹流型（低/中(zhōng)端）、帶有(yǒu)自動定位功用(yòng)的高端TPMS和聯絡ESP/ABS的TPMS系統。下表對各種系統類型進行概述：
許多(duō)OEM都從直接系統轉向了直接系統，由于直接系統的全體(tǐ)本錢降低了。直接系統有(yǒu)太多(duō)的技(jì )術局限性，并且需要非常嚴峻的場所檢驗。由于直接系統在美國(guó)商(shāng)場遭受了太多(duō)的索賠，所以一般僅限于歐洲運用(yòng)。因此，其商(shāng)場比例缺少10%。
受美國(guó)立法的推動，掩蓋低/中(zhōng)端細分(fēn)商(shāng)場的幹流TPMS的商(shāng)場比例到2011年将逾越50%。但是TPMS估量在歐洲、亞太地區(qū)和日本商(shāng)場計劃會很(hěn)小(xiǎo)，這是由于額外的系統本錢和群衆對TPMS認知缺少構成的。另外，TPMS系統一般是作(zuò)為(wèi)高端車(chē)型的選件供應，增裝(zhuāng)的需要仍然很(hěn)低，由于一般的車(chē)主對TPMS還不知道。
幹流系統的首要推動要素是報價。OEM需要一個可(kě)以滿足美國(guó)高速公(gōng)路安(ān)全協會（NHTSA）的各項需要，但不至緻使低/中(zhōng)端車(chē)型的報價增加太多(duō)的TPMS的系統。幹流系統的根本功用(yòng)可(kě)以滿足NHTSA的各項需要，但是當時的狀況是每個OEM都有(yǒu)自個的TPMS系統，它并不是一個産(chǎn)品商(shāng)場。
高端TPMS是指将輪胎的自動定位功用(yòng)集成于直接TPMS系統。輪胎的自動定位功用(yòng)是指辨認和區(qū)别4個輪胎發送的信息。在這種狀況下，比如，右前輪的氣壓，無需任何人為(wèi)操作(zuò)，即可(kě)被正确辨認并閃現出來。
如今的系統首要是在翼闆中(zhōng)設備低頻發射器天線(xiàn)來進行定位。有(yǒu)四個低頻發射器模塊用(yòng)電(diàn)線(xiàn)聯接中(zhōng)心接收器模塊至翼闆。中(zhōng)心接收器模塊将信号發送至這些低頻模塊以觸發特定的車(chē)輪模塊，比如右前輪。在這種狀況下，隻需右前輪的車(chē)輪模塊（而不是其他(tā)的車(chē)輪模塊）會反響信息。将來，兩軸G傳感器将被用(yòng)于完結輪胎的自動定位功用(yòng)。估量到2011年，高端TPMS系統的商(shāng)場比例将抵達30%。該系統也将成為(wèi)将來TPMS/ESP集成的基礎（見景象4的描寫）。
該系統是将來的展開方向。在該系統中(zhōng)，TPMS系統将輪胎的附加信息供應給ESP系統，如重力、輪胎氣壓和溫度、路況和輪胎類型等。這是将來高級ESP系統的展開趨勢。這種系統需要具(jù)有(yǒu)多(duō)軸重力測量和自動定位功用(yòng)，此外還需要選用(yòng)低頻或“能(néng)量獲得”技(jì )術的無電(diàn)池式系統。該類系統将于2008年初度引入高端汽車(chē)（依據低頻系統）。估量到2011年，其商(shāng)場比例将抵達10%。
TPMS的需要和計劃應戰
TPMS系統的需要有(yǒu)：低功耗、在惡劣環境下高度工(gōng)作(zuò)的可(kě)靠性、較小(xiǎo)的壓力傳感器過失容限以及更長(cháng)的工(gōng)作(zuò)壽數等。為(wèi)完結10年運用(yòng)壽數這一政策，有(yǒu)必要運用(yòng)低功耗集成化部件。電(diàn)源處理(lǐ)因此成為(wèi)首要的應戰。
在計劃一個工(gōng)作(zuò)安(ān)穩、成效高的系統時，需要考慮的第一個要素便是軟件。由于車(chē)輪模塊一般是用(yòng)微控制器來實行指令的，所以應選用(yòng)一種智能(néng)化算法完結預期的成效。例如，每次都要将一個無缺的 8-bit參數傳輸到接收器嗎？或許，傳輸一個 1-bit參數低壓報警信号是不是更加有(yǒu)用(yòng)？多(duō)長(cháng)時間測量一次胎壓？系統總是測量全部參數，仍是對一個參數的測量次數比其它參數多(duō)？應由車(chē)輪模塊實行參數核算仍是接收器來實行？軟件工(gōng)程師在計劃TPMS系統時有(yǒu)必要考慮這些疑問。
其次，運用(yòng)低頻功用(yòng)是控制TPMS的非常有(yǒu)用(yòng)的方法。在運用(yòng)低頻接口時，感應模塊可(kě)以一向處于電(diàn)源關閉方式，這樣功耗最低。隻需在收到喚醒信号後，傳感器才會進行測量和數據傳輸。除了降低功耗以外，低頻接口還具(jù)有(yǒu)計劃靈活性和其他(tā)一些優勢。例如，低頻通訊可(kě)使系統通過低頻接口向微控制器發送特定指令，以對輪胎進行從頭校準和定位。
第三種降低功耗的方法是運用(yòng)翻滾開關來檢測輪胎是間斷的仍是工(gōng)作(zuò)的。因此，運算可(kě)通過如下方法進行——隻需當車(chē)輛工(gōng)作(zuò)時，才進行相應的檢測和/或傳輸。
一些TPMS傳感器（比如SP30）集成了加快度計，該加快度計是一種檢測車(chē)輪旋轉的高G傳感器。因此，運用(yòng)軟件可(kě)以用(yòng)這種方法編寫——即當加快度計的讀數低于某一水往常，标明車(chē)輛是間斷的或許非常緩慢地跋涉着，此時，TPMS可(kě)間斷工(gōng)作(zuò)或以很(hěn)低的頻率工(gōng)作(zuò)。一般的車(chē)輛在公(gōng)路上跋涉的均勻時間大約為(wèi)15%。考慮到這一點，這種計劃計劃可(kě)以大幅度降低TPMS的功耗。
結尾，通過選擇低功耗元件并通過運用(yòng)具(jù)有(yǒu)集成功用(yòng)的元件來盡可(kě)以減少元件數量，可(kě)獲得更高功率功率并降低系統總本錢。
TPMS系統計劃中(zhōng)還有(yǒu)一個非常重要的方面是傳感器的介質(zhì)兼容性。傳感器的精(jīng)确性和可(kě)靠性在很(hěn)大程度上受外部介質(zhì)的影響，如濕潤、塵土和其它物(wù)質(zhì)如制動液等。英飛淩的TPMS傳感器SP30選用(yòng)夾層技(jì )術，由夾在兩個玻璃層之間的單矽晶組成。傳感器元件具(jù)有(yǒu)出色的介質(zhì)兼容性，由于其氣壓進口朝向矽膜片的不和。一同，芯片的封裝(zhuāng)方法也會影響傳感器的功用(yòng)。
另外一項重要的計劃應戰來自于無線(xiàn)控制，第一代TPMS發送器的計劃選用(yòng)SAW共振器的ASK調制技(jì )術來發作(zuò)恰當的發射頻率。該ASK系統雖然非常賤賣，但卻簡略遭到由于車(chē)輪（發送器設備在其上）旋轉所緻使的接收場強改動的影響。出于這一緣由，如今的TPMS都選用(yòng)依據晶體(tǐ)振蕩器的FSK調制方法和PLL合成器來發作(zuò)中(zhōng)心頻率和頻率牽引。在許多(duō)OEM運用(yòng)中(zhōng)，即使是在車(chē)輪高速旋轉時，FSK都具(jù)有(yǒu)可(kě)靠的射頻通訊功用(yòng)。
英飛淩的超高頻（UHF）發射器TDK51xxF系列計劃用(yòng)于315MHz、434MHz、868MHz和915 MHz等頻段，可(kě)一同支撐 ASK調制和FSK調制。該産(chǎn)品系列具(jù)有(yǒu)一個完全集成的鎖相環（PLL）合成器和一個高效功率放大器以驅動環路天線(xiàn)。其典型功耗為(wèi)7mA（當電(diàn)阻為(wèi)50Ohm，射頻輸出功率為(wèi)5dBm時），該設備可(kě)在-40°C到+125°C的汽車(chē)工(gōng)作(zuò)溫度範圍内工(gōng)作(zuò)。
英飛淩還供應用(yòng)于不一樣頻段的各種接收器芯片，集成了各種功用(yòng)，這樣系統計劃人員就可(kě)運用(yòng)最少的元件，然後降低系統本錢。在FSK調制方式下當接收頻率為(wèi)434MHz時，低達3.9-7.5mA的工(gōng)作(zuò)電(diàn)流，以及高達-100dBm的敏感度。（測定條件：FSK頻偏為(wèi)+/-50kHz，誤碼率為(wèi)2xE-3比特過失率，曼徹斯特編碼方法，數據率為(wèi)4KHz，中(zhōng)頻帶寬為(wèi)280KHz）。
無線(xiàn)控制計劃考慮要素
tPMS商(shāng)場當時的主角是選用(yòng)電(diàn)池的直接系統。無電(diàn)池直接系統可(kě)以于2008年與ESP系統一道面向高端汽車(chē)推出。估量到2011年，這種系統的銷量将抵達1.69億套，這今後5年之内的年均增長(cháng)率将抵達29%。元件的正确選擇、電(diàn)源處理(lǐ)、介質(zhì)兼容性、系統本錢和射頻計劃都是工(gōng)程師在計劃直接TPMS時需要打敗的首要計劃難題，這些要素關于商(shāng)業成功至關重要。