汽车轮胎气压监测系统开发现状与展望.doc

汽车轮胎气压监测系统开发现状与展望1概述汽车高速行驶中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防，也是突发性交通事故发生重要原因。据统计，国内高速公路上，由爆胎引发交通事故占事故总数。美国，这一比例更高达1。爆胎造成经济损失巨大，怎样防止爆胎已成为安全驾驶一个重要课题，研究表明，保持标准车胎气压行驶和及时发现车胎漏气是防止爆胎关键。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修改联邦运输法提案，要求2003年11月以后新车把轮胎气压监测系统作为标准配置2。而最新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）中安全防护装置条款中有一条：车长大于6m长途客车和旅游客车、最大设计总质量大于12000kg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发展和应用。2轮胎气压监测系统组成及工作原理目前，TPMS主要分为两种类型，一种是Wheel-SpeedBasedTPMS（间接式TPMS）。另一种是Pressure-SensorBasedTPMS（直接式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，使研制直接式TPMS成为流行趋势。2.1间接式TPMS间接式TPMS是汽车ABS系统轮速传感器来比较车轮之间转速差别，以达到监视胎压目。以上海通用别克轿车安装轮胎气压监测系统（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；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个车轮转速传感器车轮转速信号，进行综合分析。当某一个轮胎气压太高或不足时，轮胎直径就会变大或变小，车轮转速也相应产生变化。监视系统将车轮转速变化情况同预先储存标准值比较，就可出轮胎气压太高或不足，点亮LOWTIRE报警灯。该类型系统主要缺点是无法对两个以上轮胎同时缺气状况和速度超过100公里/小时情况进行判断。2.2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中轮胎模块需要电池提供能量，而被动式无须电池。2.2.1主动式TPMS主动式TPMS是利用安装每一个轮胎里以锂离子电池为电源压力传感器来直接测量轮胎气压，并无线调制发射到安装驾驶台监视器上。监视器随时显示各轮胎气压，驾驶者可以直观了解各个轮胎气压状况，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。主动式技术优点是，它是一成熟技术，开发出来模块可适用于各厂牌轮胎，但主动式TPMS传感器/发射器需要电池提供动力，不可避免带来一些弊端，如电池寿命有限；当气温严重降低时，电池容量就会受到影响而减少；这使它可靠性不够稳定。此外，电池化学物质也会导致环境问题，同时电池存很难降低发射器重量。2.2.2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中中央接收器。这个收发器要接收信号要发射信号，安装轮胎中转发器（transponder）（代替了发射器）接收来自中央收发器信号，同时使用这个信号能量来发射一个反馈信号到中央收发器上。这就使安装轮胎内部气压监测器发送数据不需要电池，解决了上述因电池所带来问题。此技术不用电池供电，它需要将转发器(Transponder)整合至轮胎中，这牵涉到各轮胎制造商需建立共同标准才有可能。，无电池TPMS短期内还难以流行。3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-Class(新)、SL-Class、SLR；法拉利系列：575Maranello、Enzo、F137、ModenaMaseratiM139(Projektname)；保时捷系列：Cayenne、Boxster、911SeriesSchmitz-Cargobull；大众Pheaton、Touareg，雪铁龙C5，英国阿斯顿马汀超级跑车Vanquish，林肯大陆，旁蒂克旗舰BonnevilleSE等等。另外，2002年夏天上市克莱斯勒与道奇（Dodge）迷你箱型车以及Chrysler300M与ConcordeLimited客车也装设TPMS。国内上海通用别克安装了TPMS。国外因立法较早其开发生产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。现国内有许多汽车配件商开始代理销售国外TPMS系统。上海和重庆及广东等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产线，核心技术都掌握国外厂家手中，基本没有自主知识产权可言。，TPMS逐渐成为汽车标准配置，开发拥有自主知识产权TPMS意义重大。汽车轮胎独特工作环境条件，决定了胎压实时监测压力传感器高要求：要求宽温区、宽电源电压范围内较高精度和可靠性；低功耗要求；恶劣环境无线信号传输稳定性要求。轮胎气压监测系统核心是轮胎模块，即微控制器芯片和压力温度传感器，两者一般集成一起，国内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TPMS开发系统。3.1摩托罗拉MPXY80X0series轮胎压力监测系统开发平台1）MPXY80x0，称为Daytona，这是一种表面微机械加工电容性微机电系统（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电路。使之能输出校准8位数字压力和温度数据。所有这些都一个芯片上。2）MC68HC908RF2，也称RF2，它包括两个部分，第一个是2KB闪速HC08微控制单元（与MC68HC908RK2相同），第二部分是一个可以发射UHF频段数字数据RF发射器，其发射距离可达数百米（与MC33493相同，又称Tango3）。3）MC33594称Romeo2，接收RF2发射信号接收器。Romeo2可以接收和解调曼彻斯特编码数据并普通串行外设接口（SPI）输出。4）MC68HC908KX8，简称KX8，作为接受器微控制器，也可以使用MC9S12DP256替代KX8。摩托罗拉MPXY80X0series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LED、电池、电源接插件和RS-232串行接口。3.2通用GENovasensorNPX开发系统NPX开发系统有两种，一种是NPX，另一种是NPX。NPX比NPX多集成了一个加速度传感器。其芯片外型如图7所示。NPX开发系统特点是：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。NPX还可测量汽车加速度。此外还有LF唤醒，离心开关唤醒及加速唤醒（NPX）等功能。3.3Infineon（英飞凌科技）Sensor公司SP125开发系统Infineon英飞凌科技TPMS开发系统中，Sensor是采用收购挪威专业胎压传感器制造商SensoNor产品，它采用了基于MEMS技术硅压阻式压力传感器作为胎压监测单元，英飞凌SP12和SP12T可以同时传输四组不同数据（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不同环境时补偿值，有效保证了测量可靠性。SP12传感器采用了LF唤醒瞬态工作模式，并传感器模块中增加了加速度传感器，利用其质量块对运动敏感性，可以实现汽车启动自动开机才进入系统自检，而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433-435MHZ(TDK5100F)和311-317MHZ(TDK5101F)频带内单片FSK/ASK发射器，该器件含有一个集成PLL(锁相环)合成器，以及一个高效率功放以驱动环形天线。RF信号接收可用TDA5210(FSK/ASK)接收器。上述三种主流开发系统外，还有ATMEL轮胎压力监测系统开发平台；飞利浦P2SC开发系统；SmarTire公司提供TPMS芯片组及相应解决方案。4结论与展望目前研究现状分析，可以看出安装TPMS车辆有如下主要特征：（1）能够保持标准车胎气压行驶和及时发现车胎漏气，能够防止爆胎，防止发生突发性、恶性交通事故。（2）轮胎气压监视系统属于事前主动型安全保护，即轮胎出现危险征兆时及时报警，采取措施，将事故消灭萌芽状态，确保汽车行驶过程中始终处于安全状态。（3）延长轮胎使用寿命-非标准气压行驶，将会使轮胎寿命缩短，实验表明，车轮气压比正常值下降10%。（4）轮胎寿命将减少15%；减少油耗轮胎气压低于标准气压值30%，油耗将上升10%。轮胎气压过高，抓力就会下降，油耗也会随之上升。（5）避免