论文（设计）汽车轮胎胎压检测技术研究

1、 毕业综合训练 课题名称 汽车轮胎胎压检测技术研究 题目 汽车轮胎胎压检测技术研究 1毕业综合训练任务及要求（根据题目性质对学生提出具体要求）本文根据所学知识和参考资料阐述了汽车轮胎胎压检测技术的研究和应用概括了胎压检测系统的研究,2毕业综合训练的原始资料及依据（包括做调研报告的背景，研究条件、应用环境等） 随着工业经济的不断发展，汽车已经逐步成为我们日常生活交通工具的必备品,而轮胎是汽车的主要部件，为汽车提供行驶能力,只有对其进行检测与保养才能充分发挥汽车的安全性、经济性等；因此对汽车轮胎的检测与保养就显得非常重要。3主要参考资料、文献1 陈家瑞。1994.150-227.汽车构造下册（第3

2、版）【m】.京；人民交出版社2汽车构造作者：臧杰、阎岩 出版社：机械工业出版社， 2005、83汽车轮胎构造北京电子工业出版社， 2007、54 汽车现代技术北京，高等教育出版社，2004、7 5汽车胎压监测系统主编 化学工业出版社6广东工业大学学报：社会科学版曾建谋 2005第b9期 等7汽车运用基础 戴良鸿 主编 中国广播电视出版社2011.5 指导教师评语建议成绩：优 良 中 及格 不及格 指导教师签字 年 月 日最终评定成绩：优 良 中 及格 不及格 系主任签字 年 月 日 目 录摘要5一、汽车轮胎的功用和分类6（一）汽车轮胎的功用 6（二）汽车轮胎的分类 6二、汽车轮胎的结构与标识7

3、 （一）汽车轮胎的结构 7（二）汽车轮胎的标识 7三、汽车胎压检测技术研究的意义9四、胎压监测系统的基本概念10五、汽车胎压监测系统tpms11六、汽车胎压的标准及测量和胎压计的使用15（一）保持正常胎压的重要性 15（二）轿车胎压多少才合适 15(三)、胎压计的使用16结语18致谢19参考文献20摘要随着工业经济的发展，汽车开始大量使用，公路和高速公路也日渐得到人们和国家的重视，并开始迅速发展起来。高速公路的速度与便利，改变了人们的时空观念，拉近了地域之间的距离，改善了人们的生活方式。但是随之而来的高速公路恶性交通事故却令人震惊，已经引起世界各国的关注和重视，并开始讨论或采取相应的防范措施。

4、在汽车高速行驶过程中，轮胎故障是杀伤力最大也是最难预防的事故隐患，是突发性交通事故发生的重要原因之一。怎样解决轮胎故障、怎样防止爆胎，已成为全球关注的首要问题。2000年11月1日美国总统克林顿签署批准了美国国会关于修改了联邦运输法的提案，联邦法案要求2003年以后出产的所有车都需将轮胎压力监测系统（tpms）作为标准配置；2006年11月1日起所有要行驶在高速公路上的汽车都需配置轮胎压力监测系统（tpms）。该设计是基于单片机技术、数模转换、lcd显示来实现。为此我们采用了半导体压力传感器，将我们要测量的胎压信号转换成电信号，此电信号极为微弱，所以我们必须将其通过运算放大器，将其放大才能够为

5、我们所使用。由此我们将放大后的电信号由单片机将其进行a/d转换，再由软件部分将所得的数据进行处理，最后由驱动部分将其送入显示部分进行数码显示。该数字胎压计由压力传感器、单片机、lcd显示器等构成。在开始测量时打开气阀并把测量结果进行处理和显示。关键词： 汽车轮胎、检测、胎压监测系统。 第一章汽车轮胎的功用和分类（一）汽车轮胎的功用汽车轮胎是一种高科技的复合型产品，包含了由200多种不同材料及产品所组成的大约20多种部件；轮胎也是一种文化，蕴含着人类的聪颖和智慧；轮胎更是一种安全，关系着汽车时代每个人的安全，你我必须去谨慎对待的消费品。但归根结底轮胎是为汽车服务的。轮胎是汽车最重要的组成部件之一

6、， 它的作用是：支持车辆的全部重量，承受汽车的全部负荷；传送牵引和制动的扭力，保证车轮与路面之间的附着力；减轻和吸收汽车在行驶时的震动和冲击，防止汽车零部件受到剧烈震动和早期损坏，适应车辆的高速性能并降低行驶时的噪音，保证行驶时的安全性、操纵稳定性、舒适性和经济性。（二）汽车轮胎的分类1、汽车轮胎分为有内胎轮胎和无内胎轮胎有内胎轮胎顾名思义就是在外胎的内部还有一个充有压缩空气的内胎。它的主要缺点是行驶温度高，不能适应高速行驶，不能充分保证行驶时的安全性，在使用时内胎在轮胎中处于伸张状态，略受穿刺便形成小孔，而导致轮胎迅速降压。无内胎轮胎不使用内胎，空气直接充入外胎的内腔。这样就消除了内外胎之间

7、的磨擦，并使热量直接从轮辋散出，比普通轮胎降温20%以上。无内胎轮胎提高了行驶的安全性，在穿孔较小时能够继续行驶，中途修理比较容易，不需拆卸轮辋，有较好的柔软性，可改善轮胎的缓冲性能，提高轮胎的使用寿命。2、轮胎从结构设计上可分为斜交轮胎与子午线轮胎斜交轮胎的帘线按斜线交叉排列。特点是胎面和胎侧的强度大，但胎侧的刚度较大，舒适性较差，但在高速时帘布层间移动与磨擦大，所以并不适合高速行驶。但随着子午线轮胎的不断改进，斜交轮胎将基本上被淘汰。子午线轮胎的帘布层是轮胎的基本骨架，它的排列方向与轮胎子午断面一致。由于行驶时轮胎要承受较大的切线方向上的作用力，为保证帘线的稳固性，其外部又有若干层由高强度

8、、不易拉伸的材料制成的带束层，其帘线方向和子午断面呈较大的交角。子午线轮胎和普通斜线轮胎相比较，弹性大，耐磨性好，滚动阻力小，附着性能较好，缓冲性能好，承载能力大，不易被刺穿；缺点是胎侧易裂口，因侧向变形大，导致汽车侧向稳定性差，制造技术要求高，成本高。第二章汽车轮胎的结构与标识（一）汽车轮胎的结构1、轮胎胎面：有1个厚厚的橡胶层，提供了与地面的接触界面，具有排水和耐旧的性能。2、胎冠带束层：双层或3层加强带束层有垂直方向上的柔韧度与极高的横向刚性，提供了转向力。3、胎侧：胎侧容纳并保护着胎体帘布层，胎体帘布层的功能是将轮胎的胎面固定在轮辋上。4、用于固定在轮辋的胎唇部分：它内部的胎唇钢丝圈可

9、以使轮胎牢牢固定在轮辋上，使之结合在一起。5、气密层：它保证轮胎具有良好的气密性，并保持正确的胎压。（二）汽车轮胎的标识有些车主对于自己爱车轮胎上的标识意义不是很清楚，下面就对胎侧面的标识进行解释。例如: 轮胎标识为“p 225/65 r 16 89 h ”，其中：“p” 指轿车轮胎(用以区别卡车或其他车型适用的轮胎) 。“225”是指轮胎断面的宽度，是两个胎侧之间的宽度(以毫米为单位)。该宽度随轮胎所匹配轮辋宽度的不同而不同：宽轮辋配宽轮胎，窄轮辋配窄轮胎。在胎侧上所标示的胎宽，是指当轮胎安装到所建议宽度轮辋时的宽度。 “65”是指轮胎的扁平比，是胎宽与胎高的比例，这里胎高占胎宽的65%，数

10、值越小，越显扁平。 “r”指的是轮胎的结构，表示此轮胎为子午线结构，就是说它的帘布层是呈辐射状排布在胎体内的。“b”轮胎为斜交结构，目前斜交结构的轿车轮胎已不复存在。 “16”表示轮辋直径，此轮胎必须匹配16英寸的轮辋，否则无法安装。 “89”表示载重指数：该轮胎最高载重为580 kg。不同的载重指数代表不同最高载重。“h”表示的是速度级别：此轮胎最高时速是210 km/h。不同英文字母表示不同速度级别。下表列出的每一速度级别所对应的最高时速，此表适用于所有品牌的轮胎:速度代号最高时速(单位km/h)m130n140p150q160r170s180速度代号最高时速(单位km/h)t190u20

11、0h210v240w270y300第三章汽车胎压检测技术研究的意义随着汽车工业经济的不断发展，交通事故频繁发生，交通安全问题日益严重起来，给人类的生命和财产带来了极大的威胁。不但要求人们提高自身安全意识，更要对汽车行驶安全性能提出更高的要求。根据国家橡胶轮胎质量监督中心的专家分析，保持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎漏气，是有效防止爆胎的关键所在。气压是轮胎的命门，过高与过低都会缩短它的使用寿命。气压过低时，则胎体变形增大，胎侧容易出现裂口，同时产生屈挠运动，导致生热，促使橡胶老化，帘布层变的疲劳、帘线折断。气压过低时，还会使轮胎接地面积增大加速胎肩磨损。气压过高时，会使轮胎帘线受到过度的伸张

12、变形，胎体弹性不断下降，使汽车在行驶中受到的负荷增大，如果遇到冲击会产生内裂和爆破，同时气压过高还会加速胎冠的磨损，并使耐轧性能下降。胎压计能准确测量轮胎的气压，从而时刻监视胎压，保证你的驾驶安全性，上高速跑之前要测下。胎压计主要分为：机械指针胎压计与电子胎压计两种该课题的设计基于以上原因而设计开发的，为汽车轮胎胎压监测系统提供廉价、合理的解决方案，研究设计的价格适合中国市场实际情况的产品，同时获得具有自主知识产权的申请专业。第四章胎压监测系统的基本概念胎压监测系统简称“tpms”，是“tire pressure monitoring system”的缩写形式。分两种：第一种是间接式胎压监测系

13、统，通过轮胎的转速差来判断轮胎是否有异常；另一种是直接式胎压监测系统，在轮胎里面加装四个胎压监测传感器，在汽车静止或者行驶过程中对轮胎气压和温度进行实时自动监测，并对轮胎的高压、低压、高温进行及时报警，避免因轮胎故障引起的交通事故，以确保行车安全。间接式的轮胎压力监测系统又称之为wsbtpms，wsbtpms需要通过汽车的abs系统的轮速传感器来进行比较轮胎之间的转速差别，以达到监测胎压的目的。abs通过轮速传感器确定车轮是否抱死，从而决定是否启动防抱死系统。当轮胎压力降低，车辆的重量会至使轮胎直径变小，车速就会产生变化。车速变化将会触发wsb的报警系统，从而提醒车主注意轮胎胎压的不足。因此间

14、接式的tpms属于被动型tpms。直接式的轮胎压力监测系统又称为psbtpms，psbtpms是利用安装在轮胎上的压力传感器来测量轮胎的气压与温度，利用无线发射器将压力信息从轮胎内部发送到中央接收器模块上的系统，然后对轮胎气压的数据进行显示。当轮胎出现高压，低压或高温时，系统就会自动报警提示车主。并且车主可以根车型，用车习惯，地理位置自行设定胎压报警值的范围和温度报警值。因此直接式的tpms属于主动型tpms，世界上最主流的胎压监测系统是英国schrader tpms，因性能很稳定，精确度高，灵敏极度强，而深受车主青睐。第五章汽车胎压监测系统tpms汽车胎压监测系统(tpms)是一种对汽车轮胎

15、的气压、温度进行自动检测，并对轮胎出现的异常情况进行报警的预警系统。tpms系统可分为间接式与直接式两种。间接式是通过汽车abs系统的轮速传感器来进行比较车轮之间转速差别，达到监视胎压的目的。直接式利用安装在每一轮胎里的压力传感器直接测量轮胎的气压，通过无线调制发射到安装在驾驶台的接收器上。目前直接式tpms发射模块较多采用以下两种设计方案：一种是电池+单片机+传感器+射频芯片，另一种是电池+内部集成mcu的传感器+射频芯片。前一种方案由于集成度低、体积和功耗较大而被市场淘汰，后一种方案是当前市场上主流的产品设计形式。由于幅移键控(ask)信号调制模式具有功耗低、灵敏度较高以及低成本等优点，本

16、文选用基于ask模式的max7044作为发射芯片，英飞凌公司的sp30作为传感器设计完成一种新型胎压发射模块。1、发射模块的硬件设计（如图1）发射模块硬件主要是由传感器sp30、max7044、电池与天线组成，如图1所示。内部集成mcu的传感器sp30通过串行通信接口将数据送给max7044发射出去，电池为二者供电。该设计中所选用的器件工作温度均为汽车级(-40+125)，满足轮胎内发射模块复杂恶劣环境下可靠工作要求。该方案遵循欧洲标准，无线信号调制中心频率为433.92mhz。2、sp30应用的设计（如图2）sp30是英飞凌公司推出的胎压检测专用传感器的芯片，内部不仅有压力、温度、加速度和电

17、池电压等传感器，并且集成了一个8位哈佛结构的risc单片机，工作电压范围1.83.6v，压力测量范围03.5bar，温度测量范围-40+125，应用电路如图2所示2。sp30外围器件很少，只需接一个3v的电池与滤波电容即可。sp30可在四种模式下进行工作，即低功耗模式、空闲模式、运行模式与热关断模式。其中，低功耗模式功耗是最小的，所以sp30应尽可能处于该工作模式下工作，以保证电池有较长的使用寿命。p14和p15是串行通信口，p14为串行数据，p15为max7044提供的外部时钟，时钟频率为847.5khz ，p17无用接地。xp1为调试接口。3、max7044射频应用设计无线发射芯片是发射模

18、块可靠工作的关键所在。由于发射模块安装在轮毂上，采用能量有限的锂电池进行供电，因此发射芯片的选型需具有以下两个特点：（1）功耗低，支持ask调制，拥有多种工作模式，便于根据具体的工作状态进行功耗管理，尽可能延长电池的使用寿命;（2）芯片最小可工作电压低，并且具有足够大的发射功率。根据以上特点，并且经过分析比较，我们最终选用max7044这款性价比高的发射芯片。max7044是maxim公司生产的300mhz450mhz频率范围内ask调制的芯片，最大输出功率为+13dbm(50负载)，供电电压最低在2.1v工作，低功耗模式电流只有几十纳安，内部集成功率放大器、晶体振荡器、锁相环等多重电路，采用

19、8引脚sot23小封装设计3。应用电路如图3中所示，主要包括电源去耦电路、晶振电路与天线匹配电路三部分。由于rf芯片对电源的噪音非常敏感，恰当有效的电源去耦电路能更好的抑制噪音，提高可靠性，所以靠近3v电源引脚配置了去耦电容c5。max7044常用调制的频率有315mhz和433.92mhz两种，不同调制频率所选用的晶振也是不同的。调制频率frf和所选晶振频率fxtal的关系为：fxtal=frf/32 。该设计调制频率为433.92mhz，那么外部晶振频率g1应为13.56mhz，输出的频率clk-out是晶振频率16分频即847.5khz。输出频率clk-out用于给压力温度传感器sp30

20、内部的微控制器提供操作时序。max7044功率放大器(pa)的输出阻抗是125，为与特定阻抗天线相匹配必须配置阻抗的变换电路，减小发射功率损耗，以提高天线效能。该设计采用气门嘴作为天线，c10用来抵消大部分天线感抗，c1、c2和l1组成了低通滤波器，可以抑制pa输出的高次谐波。l2用来抑制来自电源的射频干扰，c3是隔直电容4。通过软件仿真和反复测试验证，最佳的匹配电路如图3所示。图3 max7044应用电路4、发射模块软件设计（如图4流程）因受轮胎内空间和重量限制，发射模块只能采用容量有限的微型电池进行供电，所以要保证单一发射模块2年以上的寿命必须考虑如何节能。此外，一辆轿车上不算备胎至少要配

21、置四个发射模块，因为接收器不能同时接收多路无线信号，如果有发射模块同时发射数据给接收器，则必然发生数据冲突，导致接收失败与功耗增加，所以如何避免发送冲突是软件算法要解决的又一关键性问题。该设计采用的数据帧格式如表1所示，前导码与停止位用于标识一帧数据的开始和结束。设备id为轮胎发射模块的全球唯一标识，用以区别不同的轮胎。状态信息包含了电池进行供电的情况(sp30有低电压检测)和传感器测量故障等情况，校验和用于检测数据发送的正确性。（1）如何避免发送冲突设计中采用了一种基于素数的动态时延算法。当检测到有效加速度信号后，四个轮胎发射模块被唤醒并且启动压力与温度检测程序。数据检测完成后分别按素数进行

22、动态延时，延时时间一到再把数据发送出去，发送完毕后自动关闭发送器，开始新一轮数据的检测。各轮胎的延时参数配置如下：左前轮胎发射模块延时按250msn1(n1=2，19)周期进行变化，右前轮胎发射模块延时按250msn2(n2=3，17)周期进行变化，左后轮胎发射模块延时按250msn3(n3=5，13)周期进行变化，右后轮胎发射模块延时按250msn4(n4=7，11)周期进行变化，n1、n2、n3、n4分别取不同的素数。这种基于素数动态延时的算法既能有效避免各发射模块的发送冲突，又能降低能耗，延长电池使用寿命。（2）如何节能由于发射模块采集数据与发射数据帧时耗电最大，所以在保证数据传输正确的

23、前提下应尽可能减少发射频率与每次发射的数据帧数，发射模块软件流程如图4所示。sp30内部集成有加速度传感器，当检测到车子静止的时间超过1小时就会自动进入低功耗休眠模式，此时不再进行数据检测与发射。当车子运动后加速度信号将发射模块唤醒，数据采集完成启动基于素数的动态时延算法，也就是按250msn(n为小于20的随机素数)延时后再将数据发送出去。实际测试表明，通过工作模式的灵活转换与减小发射频率能够有效的控制发射模块的使用寿命。 图4 流程图5、性能测试该设计方案已在产品设计中得到广泛应用，经过反复测试具体性能指标如下：（1）监测胎压范围是03.5bar，分辨率25mbar，通常轿车的轮胎气压在2

24、.2bar2.8bar之间。（2）监测温度范围：-40125，分辨率2，轿车的轮胎温度一般在75左右。（3）轮胎压力传感器发射功率用频谱分析仪测得在-45dbm左右。（4）使用500mah的电池，若每天正常行车12小时，发射模块可正常工作5年以上。该设计并实现了一种直接式轮胎压力监测系统发射模块。基于sp30传感器与max7044发射器的发射模块集成度高，体积小，能同时监测汽车行驶时轮胎气压、温度与电池电压三个关键参数。当轮胎出现漏气、过压及温度过高等异常情况时，能自动及时报警，保障行车安全。第六章汽车轮胎气压的标准及测量汽车的胎压问题大家都很关注，因为这关系到行驶的舒适性、燃油的经济性以及车

25、辆的安全性和轮胎寿命等很多的方面。我对这些问题也关注很久了，看到淘宝上不少买家对胎压计与轮胎胎压的相关知识很感兴趣，我也就班门弄斧，谈谈自己了解的有限的知识和体会。（一）保持正常胎压的重要性1、胎压不足产生的危害（1）轮胎偏软，轮胎与地面接触面积过大，行驶阻力就增大大，油耗也就大了。（2）轮胎与地面接触的部分变形大，时间长了易使轮胎橡胶及里面的帘布产生疲劳，影响轮胎的使用寿命。（3）接地面加大，当路面有铁钉、玻璃碴子时，扎胎的可能性大大增加。（4）刹车性能大大降低。2、胎压过高产生的危害（1）车辆颠簸，乘坐舒适性大大降低。（2）与路面接触面积小，抓地力下降。（3）夏天或高速行驶时易发生爆胎危险

26、。（二）轿车胎压多少才合适补胎打气的地方都有一套说法，只要是轿车，就四个轮子都是2.5，基本不考虑前轮和后轮的区别；很多老司机们也有一套判断的方法，因为大部分司机没有气压表，所以都是用眼睛看的，俗称“看胎花”，标准是轮胎与地面同时接触的胎花小于三个就行。那么到底应该多少才算合适呢？我还是倾向于汽车生产厂家提供的有关数据资料，因为这是厂家根据各种情况综合而得出的结果，应该是最合适的、最权威的数据。以下是捷达汽车使用说明书里关于轮胎气压的数据，与tx 们重温一下：（见下表） 计量单位：kpa测量环境：轮胎冷态承载状态轮胎规格前轮压力后轮压力备胎压力半载状态185/60r14200180260195

27、/50r15190190全载状态185/6050r15 210210250(三)、胎压计的使用汽车轮胎气压表简称胎压计，主要用于专用车轮胎充气、放气、测压等方面使用。是车辆轮胎安全的重要识别工具，南方泰科有限公司在研究中发现，对于胎压计，很多用户不是很了解，买回来不知道如何使用，为了解决广大用户的疑惑，下面教大家怎样正确使用轮胎胎压计：使用时将气嘴接头紧压到轮胎气门嘴，使气门芯被压进，察看指示器的读数即为轮胎的气压。在测量时，必须注意气压表与气门嘴对准，不能有漏气现象，否则测出的数据不准。表上显示的数值为轮胎压力。在使用胎压计时，提醒各位用户要注意以下方面：1、车辆必

28、需停放于平地，务必在冷车时测量轮胎压力。2、取下轮胎气门嘴盖，将胎压计的测压嘴对准轮胎的气门嘴垂直用力压入。压入的速度需迅速，以不会导致轮胎内的空气泄漏。4、根据车门侧的胎压要求，并且结合驾驶员的经验，确定胎压是否符合要求；如果胎压过高，此胎压计可用于放气；假设胎压过低，应该立即用车载充气泵补气至安全胎压，并且重新测量查核准确胎压。5、将气门嘴帽盖回。6、一个月至少检查一次轮胎的气压。在未熟练测胎压的操作之前，可以多测几次以确定读数正确！友情提示：对于胎压计的使用方法，只需要按部就班，要按操作顺序来，一般能发现轮胎气压的正常或异常，提高轮胎使用的安全性系数。轮胎气压不足的时侯应及时补充气压：气

29、压单位换算1bar=100kpa=1个大气压正新轮胎 16吋(3.0、2.52.125)、18吋(2.125)、20吋(1.75)、22吋(1.75)；以上轮胎标准胎压：240-310kpa 取中值用275 kpa这个数据乘以百分之八十五到九十得出这个数据即：2.75x85%-90%=2.34-2.48(个大气压) 所以用这个数据得出的日常使用胎压应该是2.3-2.5为正常。过高或过低这个范围的都是不科学的胎压。根据电动车的特点，前轻后重，前后着地不一致的问题，后轮比前轮适当高一点点，这是从舒适与着地均匀角度考虑的。轮胎气压的高低对电动车的安全驾驶也是非常重要的，有条件的时候用气压表量量胎压，一般在2.5至3个大气压比较合适。经常性检查轮胎纹理，如有明显裂纹及时的进行更换。 以正常的轮胎为基准时每月气压会减小 1/100bar. 每周测定一次气压是必要的.结论随着现代社会经济生活的发展，汽车已经非常普及，它已经成了人