TPMS提高汽车安全性

1、TPMS提高汽车安全性上网时刻：2006-11-07轮胎过于膨胀或处于充气不足状态都会阻碍汽车安全性。有专门多车祸都因轮胎显现状况而导致的。美国 高速公路安全协会（NHTSA ）也因此立法强制实施 TPMS。本文将探讨TPMS的要紧要求和设计挑战。TPMS的设计挑战一旦安装好车轮模块，就不能更换电池，因为它们将与电子设备一起铸在同一个模块中。有了这一限制，在设计TPMS系统时，电源治理就成为一大挑战。1）软件算法在设计一个运行稳固、功效高的系统时，需要考虑的第一个因素确实是软件。因为车轮模块通常是用微操纵器来执行命令的，因此应采纳一种智能化算法实现预期的功效。例如，每次都要将一个完整的8-bi

2、t参数传输到接收器吗？或者，传输一个1-bit参数低压报警信号是否更加有效？多长时刻测量一次胎压？系统总是测量所有参数，依旧对一个参数的测量次数比其它参数多？应由车轮模块执行参数运算依旧接收器 来执行？软件工程师在设计 TPMS系统时必须考虑这些咨询题。2）低频（LF）接口使用低频功能是操纵TPMS的专门有效的方法。在使用低频接口时，感应模块能够始终处于电源关闭模式， 如此功耗最低。只有在收到唤醒信号后，传感器才会进行测量和数据传输。除了降低功耗以外，低频接口还具备设计灵活性和其他一些优势。例如，低频通讯可使系统通过低频接口向微操纵器发送特定命令，以对轮胎进行重新校准和定位。3）加速度计/滚动

3、开关另一种降低功耗的方法是使用滚动开关来检测轮胎是静止的依旧运行的。因此，运算可通过如下方式进行 ？?只有当车辆运行时，才进行相应的检测和/或传输。一些TPMS传感器（例如SP30）集成了加速度计，该加速度计是一种检测车轮旋转的高G传感器。因此，应用软件能够用这种方法编写 ？即当加速度计的读数低于某一水平常，表明车辆是静止的或者专门缓慢地 行驶着，现在，TPMS可停止运行或以专门低的频率运行。 一样的车辆在公路上行驶的平均时刻大约为15%。考虑到这一点，这种设计方案能够大幅度降低TPMS的功耗。4）最后，通过选择低功耗元件并通过使用具有集成功能的元件来尽可能减少元件数量，可获得更高功率效 率并

4、降低系统总成本。设计挑战？无线操纵第一代TPMS发送器的设计采纳 SAW共振器的ASK调制技术来产生适当的发射频率。该ASK系统尽管专门廉价，但却容易受到由于车轮（发送器安装在其上）旋转所导致的接收场强变化的阻碍。出于这一缘故，现在的 TPMS都采纳基于晶体振荡器的 FSK调制方法和PLL合成器来产生中心频率和频 率牵引。在许多OEM应用中，即使是在车轮高速旋转时，FSK都具备可靠的射频通讯功能。TPMS系统技术多年来，TPMS技术进展迅速，有多种实现方式。有两种极具知名度的系统：直截了当TPMS系统和间接TPMS系统。正在推出的混合 TPMS系统结合了直截了当系统和间接系统的优势，是一种价格

5、更低的替代 方案。间接TPMS现在的间接TPMS是与车辆的防抱死系统 （ABS）一起使用的。ABS采纳车轮转速传感器测量每个车轮的 转速。当一个轮胎的气压减小时，滚动半径就减小，而车轮的旋转速度就相应地加快。那个比率可用下列等式来表达:如果那个比率偏离设定的公差，一个或更多轮胎就会过于膨胀或处于充气不足状态。然后，指示灯会提示 司机，有一个轮胎处于低压状态。然而，指示灯无法识别是哪个轮胎处于低压状态。那个系统还有其它局 限性，即当同一车轴或同一侧的两个轮胎都处于低压状态时，它无法检测岀怎么讲是哪个轮胎充气不足。还有，如果所有四个轮胎都处于低压状态，该系统可不能发觉这一故障。轮胎直径的减少和气压

6、的降低专 门微小。关于薄胎来讲，69kPa （10 psi）的压降只会使直径减小 1mm。这种压降不符合美国的最终判定规 则（Final Ruling ）所规定的25%原则。采纳间接方法进行检测在专门大程度上依靠于轮胎和负载因子。直截了当TPMS直截了当TPMS采纳固定在每个车轮中的压力传感器直截了当测量每个轮胎的气压。然后，这些传感器会 通过发送器将胎压数据发送到中央接收器，然后进行分析，分析结果将被传送至安装在车内的显示器上。显示器的类型和当今大多数车辆上装配的简单的胎压指示器不同，它能够显示每个轮胎的实际气压，甚至 还包括备用轮胎的气压。因此，直截了当TPMS能够链接至显示器，告诉司机哪

7、个轮胎充气不足。由于直截了当TPMS可直截了当测量每个轮胎的气压，因此当任何一个或几个轮胎处于低压状态时，它们就会检测岀这种状态。当车辆的所有四个轮胎都处于低压状态时也能够检测到。直截了当TPMS也可检测到较小的压降。有些系统甚至能够检测到7 kPa （1.0 psi）的压降。AM+响应时闾+-多种故障楼测按轮胎位置发出圧力告警十在不同行获条件下岛强韧性+外力口 $且件的软童-系貌成本（带A日引-4娶球司机交互i-额外的爵适持征-混合TPMS为满足多轮压力检测要求，常规的间接TPMS需要在系统中安装两个额外的胎压传感器和一个射频接收器。胎压传感器要安装在车轮上， 两个传感器呈对角安装。混合TP

8、MS能够克服常规直截了当 TPMS的局限性, 这讲明它们能够检测到在同一个车轴或车辆同一侧的两个处于低压状态的轮胎，这些轮胎中有一个带有直 截了当气压传感器。和间接系统相似，当两个呈对角的轮胎（不带直截了当气压传感器）都处于低压状态 时，系统只能检测到一个轮胎充气不足。当所有4个轮胎都处于低压状态时，系统也能够检测到故障，因为系统安装了直截了当气压传感器。这种方法能够降低系统成本。但就系统可靠性和灵活性而言，依旧不够理想，同时不能全部定位欠压轮胎。随着技术的进展，直截了当 TPMS系统已逐步演变为 3个要紧系统类型，即主流型（低 仲端）、带有自动 定位功能的高端TPMS和结合ESP/ABS的T

9、PMS系统。下表对各种系统类型进行概述：TPMS配A日引ESP；ESPABSTPMS旬樓系统=软件测fiift速度和振朗并计算胎内气玉(fWftn=直接系统=直踐瞪测轮胎内压.A ESP提供补充戳曙叹褪衽華辅植迄性和制动敷第兰a需矍无电胞衣集统if#景4主貳（低中端）7FMS：芾有白动定柚话蛊的高端TPMIS：亠自接票貌=倩恳器在轮胎里，愉格昱关键因壺（&2）=轮胎内發隹感軀，道过LF触笈豔自动定位，软件或祈釉至力感应低端STPMS功槌情形1 : TPMS配ABS/ESP?间接系统许多OEM都从间接系统转向了直截了当系统，因为直截了当系统的总体成本降低了。间接系统有太多的技术局限性，同时要求专

10、门严格的场地测试。由于间接系统在美国市场遭受了太多的索赔，因此通常仅限 于欧洲使用。因此，其市场份额不足10%。情形2 :主流（低/中端）TPMS?直截了当系统正如其名字一样，覆盖低/中端细分市场的主流 TPMS的市场份额到2011年将超过50%。主流TPMS的 市场规模，要紧受美国立法的推动。我们估量，TPMS在欧洲、亚太地区和日本市场规模会专门小，这是由于额外的系统成本和公众对 TPMS认知不足造成的。TPMS系统通常是作为高端车型的选件提供的。增 装的需求仍旧专门低，因为一样的车主对TPMS还不熟悉。主流系统的要紧推动因素是价格。OEM需要一个能够满足美国高速公路安全协会（NHTSA ）

11、的各项要求，同时不至导致低/中端车型的价格增加太多的 TPMS的系统。主流系统的差不多功能能够满足NHTSA的各项要求。然而，要明白，每个 OEM都有自己的TPMS系统。TPMS并不是一个商品市场！情形3 :高端TPMS （自动定位）?直截了当系统高端TPMS是指将轮胎的自动定位功能集成于直截了当TPMS系统。轮胎的自动定位功能是指识别和区别4个轮胎发送的信息。在这种情形下，例如，右前轮的气压，无需任何人为操作，即可被正确识别并显示 岀来。现在的系统要紧是在翼板中安装低频发射器天线来进行定位。有四个低频发射器模块用电线连接中央接收 器模块至翼板。中央接收器模块将信号发送至这些低频模块以触发特定

12、的车轮模块，例如右前轮。在这种情形下，只有右前轮的车轮模块（而不是其余的车轮模块）会反馈信息。今后，两轴G传感器将被用于实现轮胎的自动定位功能。估量到2011年，高端TPMS系统的市场份额将达到 30%。该系统也将成为以后 TPMS/ESP集成的基础 （见情形4的描述）。情形4 : ESP/ABS和TPMS的结合?直截了当系统该系统是以后的进展方向。在该系统中，TPMS系统将轮胎的附加信息提供给ESP系统，如重力、轮胎气压和温度、路况和轮胎类型等。这是以后高级ESP系统的进展趋势。这种系统需要具备多轴重力测量和自 动定位功能，此外还需要采纳低频或 能量获得”技术的无电池式系统。该类系统将于 2

13、008年首次引入高端 汽车（基于低频系统）。估量到 2011年，其市场份额将达到 10%。下一代产品？?SP35英飞凌的SP30 TPMS传感器几年之前已进入批量生产，迄今为止已销售了数百万套。英飞凌的传感器，作为用于TPMS系统的主导产品，在市场上获得广泛的认可。随着市场持续要求更高的集成度和更低的系 统成本，英飞凌将在 2007年向亚太市场推出下一代产品SP35。SP35将集成车轮模块所需的感应功能和发射功能。这就意味着，MCU、传感器和射频发射器都被封装在一起。与现有的SP30加外部射频发射器集成电路（IC）解决方案相比，SP35系统解决方案将减少一个组件。SP35集成了气压传感器、加速

14、度传感器、温度传感器、搭载片上闪存的8051微处理器、低频接收器接口以及315/433/868/915MHZ 射频发射器。除减少组件数量外，它还能够降低系统总体成本，因为板卡设计 更加简单，尺寸更小。英飞凌SP30的专门优势TPMS系统设计中专门重要的一个方面是传感器的介质兼容性。传感器的精确性和可靠性在专门大程度上 受外部介质的阻碍，如潮湿、灰尘和其它物质如制动液等。英飞凌的TPMS传感器采纳夹层工艺，由夹在 两个玻璃层之间的单硅晶组成。传感器元件具备杰岀的介质兼容性，因为气压入口朝向硅膜片的背面。芯片封装关于产品化和批量生产来讲是关键因素。封装方式会大大阻碍传感器的性能。每个传感器差不多上

15、独一无二的，同时需要单独进行整定和校准。英飞凌所有的TPMS传感器在生产过程中都进行了全面整定和校准，因此可节约客户大量的时刻和成本。英飞凌的无线操纵芯片的专门优势英飞凌的超高频（UHF ）发射器TDK51xxF系列，是用于此类 TPMS的最佳解决方案。TDK51xxF系列设 计用于315MHz、434MHz、868MHz和915 MHz等频段，可同时支持 ASK调制和FSK调制。该产品系列具备一个完全集成的锁相环（PLL ）合成器和一个高效功率放大器以驱动环路天线。其典型功耗为7mA（当电阻为50Ohm，射频输出功率为 5dBm时），堪称同类最佳。该设备可在 -40C到+125 C的汽车运行

16、温度范畴内运行，同时采纳专门小巧的P-TSSOP-10封装。除发射器系列产品外，英飞凌还提供用于不同频段的各种接收器芯片。由于具备杰岀的灵敏度，英飞凌的射频接收器的应用范畴持续扩大，如TPMS等。与竞争对手的无线芯片不同的是，英飞凌的无线芯片集成了各种功能，如此系统设计人员就可使用最少的元件，从而降低系统成本。在FSK调制模式下当接收频率为434MHz时，低达3.9-7.5mA的工作电流，以及高达-100dBm的敏锐度（测定条件：FSK频偏为+/-50kHz， 误码率为2xE-3比特误差率，曼彻斯特编码方式，数据率为4KHz，中频带宽为280KHz ），也是英飞凌超过其竞争对手的要紧优势。英飞

17、凌的TDA5210超高频（UHF ）接收器的框图无线操纵设计考虑因素英飞凌TDK51xxF发射器天线选择和匹配网络模拟和测试差不多证明，与常规的接地天线相比，环路天线更加有效同时带宽更宽。环路天线通常被印刷 在电路板上，同时要适当匹配才能获得最佳效率。然而，有几个常见的外界因素会阻碍天线的性能和阻抗，如手效应？会改变自由空间（ 0）和金属物体邻近的介电常数，而且这些因素关于获得准确的测量结果来讲是至关重要的，同时必须被考虑在内。这被证明是TPMS系统设计者所面临的一大挑战，因为天线必须在尽可能多的实时阻碍因素同时显现的情形下进行测量，即要同时调整天线电阻网以及安装在边框上或靠近底部的发射器模块

18、。功率模式在电源关闭模式下，整个芯片是不通电的，电流消耗一样为0.3nA。通过将FSKDTA切换到HIGH （因为未连接PWDWN ）能够进入PLL激活模式。在这期间，PLL接通电源，但功率放大器关闭，以便在 PLL 需要稳固时幸免不必要的功率辐射。PATAMods:Down PLL Enable和电TransiTHtnim闻hFSKDTALCnv *lliqhn)in I mecASKDTA采纳FSKDTA和ASKDTA进行FSK调制的功率模式示例（没有连接PDWN ）PLL的导通时刻要紧由晶体振荡器的导通时刻决定，当使用规定的晶体时，导通时刻小于1 msec。PLL本身需要大约10gs的时

19、刻锁定。在PLL启用期间，电流消耗一样为 3.5 mA。TDK51xxF上的功率放大器由 ASKDTA接通至HIGH位置。在此期间，FSKDTA能够发送。当将适当的变换网络应用于PAOUT时，集成电路的电流消耗一样为 7mA。环路天线PCB设计指南其他一些TPMS发射器设计指南，通常为系统设计人员带来了挑战。晶体部分发射器晶体板应被屏蔽和接地，同时远离天线，以幸免来自功率输岀的干扰。同样的原理，发射时钟输岀应远离晶体输入，同时所有晶体迹线长度应尽可能短。电路板接地在电路下面进行牢固的接地是专门重要的，射频和集成电路（IC）接地应彼此分开。匹配元件布置所有匹配的元件彼此应尽量正交放置在接地平面上

20、，如果可能的话，它们的并联匹配元件都应彼此分离。天线设计部分天线应总是放置在 自由空间”（无交流电源接地）内同时应使天线与接地层的距离至少为 5mm。如果使用 环路天线，必须进行对称设计。去耦合电容布置去耦合电容必须尽可能靠近 Vs和地。英飞凌TDA52XX接收器英飞凌的TDA52XX是一种专门用于短程遥控的单片接收器。超外差接收器（SHR ）的差不多结构由低噪声放大器（LNA ）和前端的混频器构成。IC进行了高度集成同时只需专门少的外部元件。该器件包括一个 低噪放大器（LAN ）、双平稳混频器、完全集成的压控振荡器 （VCO ）、PLL合成器、晶体振荡器、带RSSI 发生器的限幅器、 PLL FSK 解调器、数据滤波器、数据比较器（分割器）和峰值检波器等。