汽车轮胎气压监测系统开发现状与展望

1、汽车轮胎气压监测系统开发现状与展望一、概述在汽车的高速行驶中， 轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的， 也是突发性交通事故发生的重要原因。 据统计，在国内的高速公路上， 由爆胎引发的交通事故占事故总数的 70%。在美国，这一比例更高达 80%。爆胎造成的经济损失巨大， 怎样防止爆胎已成为安全驾驶的一个 重要课题，研究表明，保持标准的车胎气压行驶和及时发现车胎漏气 是 防 止 爆 胎 的 关 键 。 于 是 汽 车 轮 胎 气 压 监 测 系 统 TPMS(TirePressureMonitoringSystem) 应运而生。2000年 11月 1日，美国总统克林顿签署批准了国会关于修改联邦

2、运输 法的提案，要求 2003 年 11 月以后的新车把轮胎气压监测系统作为标 准配置。而最新的中华人民共和国国家标准 “机动车运行安全技术条件 ”(征求意见稿 2003 年 11 月 24 日)中的安全防护装置条款中有一条： “车长大于 6m 的长途客车和旅游客车、最大设计总质量大于 12000kg 的载货汽车和载货牵引车应安装轮胎压力报警装置 ”，“有关部分机动车 应安装轮胎压力报警装置的要求， 自本标准发布之日起第 25 个月开始 对新注册车实施。 ”可见我国政府也开始重视汽车轮胎气压监测设备的 发展和应用。二、轮胎气压监测系统的组成及工作原理目前，TPMS主要分为两种类型，一种是 Wh

3、eel-SpeedBasedTPM(间 接式 TPMS。另一种是 Pressure-SensorBasedTP(St接式 TPMS°2001 年 7 月，美国运输部和国家高速公路安全管理局联合对现有的两种 TPMS系统进行了评价，评价报告认为 PSBTPMS从功能和性能上均优 于WSBTPMS从而使研制直接式 TPMS成为流行趋势。（一）间接式 TPMS间接式TPMS是通过汽车ABS系统的轮速传感器来比较车轮之间的转 速差别，以达到监视胎压的目的。以上海通用别克轿车安装的轮胎气 压监测系统（TIMS）为例。该系统由以下几个部件组成：4个车轮转速传感器；车身控制模块（BCM）;复位开关

4、；轮胎压力过低（LOWTIRE报警灯；数据诊断接头（DLC;线束和连接器。 当汽车行驶时，轮胎气压监视系统接收 4 个车轮转速传感器的车轮转 速信号，进行综合分析。当某一个轮胎的气压太高或不足时，轮胎的 直径就会变大或变小，车轮的转速也相应产生变化。监视系统将车轮 转速的变化情况同预先储存的标准值比较，就可得出轮胎气压太高或 不足，从而点亮LOWTIRE报警灯。该类型系统的主要缺点是无法对两 个以上的轮胎同时缺气的状况和速度超过 100公里/小时的情况进行判 断。（二）直接式 TPMS直接式TPMS技术又分为主动式（Active）和被动式（Passive两种。 主要区别是主动式TPMS中的轮胎

5、模块需要电池提供能量，而被动式无 须电池。1主动式 TPMS 主动式 TPMS 是利用安装在每一个轮胎里的以锂离子电池为电源的压 力传感器来直接测量轮胎的气压，并通过无线调制发射到安装在驾驶 台的监视器上。监视器随时显示各轮胎气压，驾驶者可以直观地了解 各个轮胎的气压状况，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统就会自动报 警。以加拿大 Smartire 轮胎智能监测系统为例。系统主要由传感发射 器、接收器和显示器组成。 主动式技术的优点是，它是一成熟的技术，开发出来的模块可适用于 各厂牌的轮胎，但主动式 TPMS传感器/发射器需要电池提供动力，因 此不可避免的带来一些弊端， 如电池的寿命有限； 当气温

6、严重降低时， 电池的容量就会受到影响而减少； 这使得它的可靠性不够稳定。 此外， 电池的化学物质也会导致环境问题，同时由于电池的存在很难降低发 射器的重量。2被动式 TPMS被动式TPMS也叫无电池TPMS用一个中央收发器(centraltransceiver) 代替了一般直接式TPMS中的中央接收器。这个收发器不但要接收信号 而且要发射信号，安装在轮胎中的转发器(transponder)(代替了发射 器)接收来自中央收发器的信号，同时使用这个信号的能量来发射一 个反馈信号到中央收发器上。这就使得安装在轮胎内部的气压监测器 发送数据不需要电池，从而解决了上述因电池所带来的问题。虽然此 技术不用

7、电池供电，但是它需要将转发器 (Tra nspo nder整合至轮胎中， 这牵涉到各轮胎制造商需建立共同的标准才有可能。因此，无电池TPMS短期内还难以流行。三、轮胎气压监测系统开发研究现状分析迄今，国外已有许多车型装配了 TPMS这些车型有：奥迪系列：A8、 A6Allroad、A8Nachfolger （D3）、RS6BentleyMidSizeBentley（MSB）;宝 马系列：7系列、5系列、3系列、X5、Series7 （新）、Series5 （新）、 X3；奔驰系列：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）;保时捷系列：Cayenne Boxster、 911SeriesSchmitz-CargobuJl 大众的 Pheaton、Touareg 雪铁龙的 C5, 英国阿斯顿 马汀的超级跑车Vanquish,林肯大陆，旁蒂克的旗舰BonnevilleSE等等。另外，2002年夏天上市的克莱斯勒与道奇 （Dodge） 迷你箱型车以及Chrysler300M与ConcordeLimited客车也装设TPMS 国内只有上海通用的别克安装了 TPMS

9、。国外因立法较早其开发生产的TPMS较为成熟，主要生产商有加拿大斯 马轮胎设备（SmarTireSystems公司，固特异轮胎橡胶公司，米其林 集团公司,诺基亚轮胎公司,日本横滨公司等。现在国内有许多汽车 配件商开始代理销售国外的TPMS系统。在上海和重庆及广东等地有几 家公司开始投入生产并销售TPMS主要生产商有上海泰好电子科技有 限公司,佛山市朗杰电子科技有限公司,深圳市瑞电通信电子有限公 司等。最近,吉林大学、北京理工大学、江苏大学等高校都有学者对 TPMS相关技术进行理论研究，但都还没有研制出样品出来。而国内一 些厂家生产的 TPMS 基本是靠引进国外公司轮胎压力监测系统开发平 台及生

10、产线，核心技术都掌握在国外厂家手中，基本没有自主知识产 权可言。因此，随着TPMS逐渐成为汽车的标准配置，开发拥有自主知 识产权的TPMS意义重大。汽车轮胎独特的工作环境条件，决定了胎压实时监测的压力传感器的 高要求：要求宽温区、宽电源电压范围内较高的精度和可靠性；低功 耗要求；恶劣环境无线信号传输稳定性要求。因此轮胎气压监测系统 的核心是轮胎模块，即微控制器芯片和压力温度传感器，两者一般集 成在一起，国内在这一生产领域处于空白，主要由国外几家大公司生 产和供货。这里只介绍市面上三种主流的 TPMS开发系统。（一）摩托罗拉MPXY80X0serie轮胎压力监测系统开发平台1. MPXY80xQ

11、称为Daytona,这是一种表面微机械加工的电容性微机 电系统（microelectromechanicalsystemMEMS）压力传感器。 Daytona 包括压力变换器、正温度系数扩散电阻温度传感器及其他所有必需的 电路。使之能输出经过校准的 8 位数字压力和温度数据。所有这些都 在一个芯片上。2. MC68HC908RF2也称RF2它包括两个部分，第一个是 2KB的闪 速HC08微控制单元（与 MC68HC908RK2W同），第二部分是一个可以 发射 UHF 频段数字数据的 RF 发射器，其发射距离可达数百米（与 MC33493 相同，又称 Tango3。3. MC33594称Rome

12、o2,接收RF2发射信号的接收器。Romeo2可以接收和解调曼彻斯特编码的数据并通过普通串行外设接口（ SP）输出。4. MC68HC908KX8简称 KX8,作为接受器微控制器，也可以使用MC9S12DP256替代 KX&摩托罗拉MPXY80X0serie轮胎压力监测系统参考设计包括 5个模块：4 个轮胎模块和1个接收模块。轮胎模块包括 Daytona、RF2、电池、分 立元件和印制天线。接收模块有 Romeo2、 KX8、 5 个指示状态的 LED、 电池、电源接插件和RS-232串行接口。（二）通用 GENovasensor的NPX开发系统NPX开发系统有两种，一种是NPXI,另

13、一种是 NPXH。NPXH 比 NPXI 多集成了一个加速度传感器。NPX开发系统的特点是：所有传感器都 集成到一个芯片上； 能够准确测量轮胎内部的温度、 气压和电池电压， 同时具有温度补偿功能，使测量更准确。NPXH还可测量汽车的加速度。 此外还有LF唤醒，离心开关唤醒及加速唤醒（NPXH ）等功能。（三）Infin eon （英飞凌科技）Se nsor公司的SP12开发系统Infin eon英飞凌科技的TPMS开发系统中，Sen sor是采用收购的挪威专 业胎压传感器制造商SensoNor的产品，它采用了基于MEMS技术的硅 压阻式压力传感器作为胎压监测单元，英飞凌 SP12和 SP12T

14、可以同时 传输四组不同的数据（温度、压力、加速度和供电） ，并配有一个能完 成测量、信号补偿与调整及 SPI串行通信接口 CMOS大规模集成电路。 英飞凌SP12和 SP12T设有补偿功能，可以对压力，加速度，温度，供 电电压信号进行检测和补偿，准确提供不同型号轮胎在不同环境时的补偿值，有效地保证了测量可靠性。SP12传感器采用了 LF唤醒瞬态工作模式，并在传感器模块中增加了加速度传感器，利用其质量块对运 动的敏感性，可以实现汽车启动自动开机才进入系统自检，而如果检 测到加速度很小时（表示汽车没有运动）让系统进入睡眠状态，大大 地降低系统功耗。LF方式还具有自动轮胎定位功能。TDK510XF系列是工作在 433-435MHZ （ TDK51