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- 内容简介：
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SY-025-BY-3毕业设计（论文）开题报告学生姓名张鑫系部汽车工程系专业、班级车辆工程B05-17指导教师姓名吕德刚职称讲师从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称汽车轮胎压力监测系统主机设计 一、课题研究现状,选题的目的、依据和意义1、研究现状轮胎压力检测系统（Tire Pressure Monitoring System，简称TPMS）的作用是在汽车行驶过程中对轮胎气压和温度进行实时自动监测，并对轮胎漏气、气压过低和气压过高状况进行报警，以确保行车安全。TPMS的历史、现状和发展趋势1）TPMS的历史轮胎压力检测系统TPMS的概念出现在上世纪80年代，到90年代已经有部分欧洲的高档轿车配备了用于测量轮胎温度和压力的传感器。到90年代末，轮胎压力和温度问题开始备受人们关注，这是因为当时的一些汽车组织对1995年汽车事故的研究过程中发现，在1995年发生的致命的汽车交通事故中，有647次与汽车轮胎胎压有关。同中期的另一项调查研究表明85%的轮胎损毁是因为轮胎的压力不足和胎压渐失引起的，美国轮胎商业杂志对766辆汽车的统计表明，有72.3%的汽车的轮胎胎压不足。由此可见，一方面轮胎压力和温度对交通安全有重要影响；另一方面，缺少一种可以方便的帮助汽车驾乘人员查看汽车轮胎压力和温度状况的设备。所以，轮胎压力监测系统开始迅速发展。最初的轮胎压力检测系统是间接式TPMS它的最大优点是不受压力传感器的限制，1997年通用公司的部分汽车终究配置了这种间接式TPMS。随着传感器技术的发展，压了传感器产品已经能够满足TPMS系统的要求，从此以后直接式TPMS开始迅速发展。在国际市场，2000年5月，直接式TPMS在美国上市；2002年发布的世界新车资料中显示，美国福特公司的林肯大陆，戴姆勒-克莱斯勒公司夏天上市的道奇（Dodge）迷你厢行车，以及Chrysler 300M等系列车型，都将装设直接式TPMS。许多欧洲的汽车厂商将直接式TPMS配装于自己的中高档车型之中其中包括:宝马公司Z8、欧宝公司2002年版威达雪铁龙公司的C5，阿斯顿马汀公司的超级跑车Vanquish等等。国内汽车制造巨头也已开始考虑将TPMS作为原厂装备的标准配置。日本ALPS电器2003年5月从德国IQ-Mobil GmbH获得了不使用电池的TPMS技术并签订了独家专利授权合同，借用该技术开发的TPMS已通过欧洲和美国的电波法认证实验，于2004年6月起提供工作样品，2005年量产供货。2）TPMS的现状及发展趋势在已有的TPMS系统中，有直接式和间接式两种类型，目前还没有具有实用价值的第三种类型的TPMS系统出现。直接式TPMS系统首先需要传感器实时测量每一个轮胎中的压力和温度，然后利用无线通讯方式与TPMS主机（一般放置在汽车驾驶室内）进行通讯，主机可以显示各个轮胎的气压和温度信息，并且在轮胎气压过低、过高、有漏气或轮胎内温度异常时发出声音警报。间接式TPMS系统依据是：当形式中的汽车的轮胎气压变化时，车身的重量会市轮胎直径变化，轮速也会发生变化；此时通过启动和ABS（自动防抱死系统）的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，就可以达到监视胎压的目的。和直接式TPMS系统相比，间接式TPMS系统相对便宜，已经装不了4轮ABS（每个轮胎装备1个轮速传感器）的汽车只需对软件进行升级即可使用简介使系统。但是，目前这类系统没有直接系统准确率高，而且无法监测出多个轮胎同时低压或高压的情况，这些缺陷限制了直接式TPMS系统的发展。另一方面，随着传感器技术的发展，压了传感器的成本已经大幅度下降。由此可见，在未来的TPMS系统中，直接是TPMS系统必将占据主导地位。TPMS系统的发展与以下几种技术的发展密切相关：（1） 胎压传感器组件技术 轮胎温度/压力参数的监测是TPMS系统设计的关键，不但要保证参数测量的精度、速度等指标满足系统的需求，还要保证传感器在测量和待机过程中消耗的电流较小以满足系统的供电需求。另外，传感器工作在轮胎中，环境状况十分恶劣。因此传感器还应满足在温度、潮湿、震动等环境十分恶劣的条件下场时间工作的要求。（2） 汽车电子技术汽车电子技术的发展为汽车的TPMS系统的实现提供了十分有利的条件，其中包括元器件和整车环境等方面。随着汽车工业现代化进程的加快，新技术、新工艺、新材料在汽车工业中得到广泛的应用。由于汽车制造业与电子制造业是当今世界的两大支柱产业，且电子制造业正处于蓬勃发展的黄金时期，他能够给包括从汽车制造业在内的其它产业提供多方位喝多层次的技术支持。应用于汽车工业的最典型的电子控制装置是汽车发动机点火控制系统。该系统从早期单一控制发动机点火时刻开始，经过逐年完善，已从单功能控制发展到多功能控制，即从单一的点火时刻控制开始逐步扩展到废气循环、空燃比以及怠速转速等多项内容的控制，实现了汽车发动机的综合控制。由于电子应用技术在汽车发动机综合控制中取得了显著成效，从而促进了世界各知名汽车生产企业对汽车电子应用技术的引进和推广。现在，店主控制技术已渗透到汽车的各个组成部分中，如制动防抱死系统、自动变速系统、信息显示系统等都在不同程度上采用了微机处理技术和电子控制技术，它们对题搞汽车的安全性、灵活性和方便性直至汽车的整体综合性能具有十分重要的意义。事实证明，采用电子控制装置对提高汽车的安全性、可靠性、舒适性、经济性、操纵性，以及改善汽车的运动学和动力学性能并减少废气排放，都具有显著的效果。相关统计资料表明，当前汽车内部电子产品的价值已经达到了整车价值的30%左右，并且在进一步的提高。（3）微机技术 微机电系统是指集微机型机构、微型传感器、微型执行器、微型驱动器、信号处理系统、电子控制电路以及接口和通讯器件等于一体的几何尺寸极小的微型机电一体化产品。微机电技术的发展为汽车TPMS系统的实现提供了必须的条件，如TPMS系统中的核心关键器件-嵌入式微型传感器就得得益于微机电技术的发展才能得以实现。 微机电产品的尺寸、体积、质量以及惯性均十分微小，而其谐振频率高、响应速度快、性能稳定、耗能极低、有利于进行大批量、低成本生产。此外，由于容易集成和复合，可以做成微传感器阵列和执行器系统，甚至做成可将微传感器、微执行器、微处理器和微控制器集成在一块芯片上的复杂微机电系统，使之具有信号处理、程序控制等多项功能。这些优点和特色决定了微机电技术可在提升汽车行驶安全性能方面大有作为，也昭示了汽车安全行驶保障技术及其装置的发展方向与应用途径。随着TPMS核心技术压力、温度传感器技术和其他重要技术的发展，TPMS系统的到了快速的发展，但是在目前的TPMS系统中，由于没有能够突破结构设计中的瓶颈，仍然存在以下问题：（1） 轮胎副机模块安装在轮毂上，可靠性较低，车辆扒胎维护十分困难。（2） 轮胎副机模块安装在轮毂上，径向加速度产生的离心力将影响胎压的测量精度。（3） 轮胎副机模块安装在轮毂上，检测系统只能使用一次性锂电池供电，车辆长期高速行驶下电源故障率较高，维护十分困难。（4） 车后左右轮胎副机模块旋转过程至于车载主机进行无线时通信可靠性低，抗干扰性差。由于以上多个原因，虽然车辆轮胎压了监测系统在防止因轮胎胎压和温度异常引起的交通事故方面具有十分重要的作用。2、目的和意义 轮胎是汽车行驶重要的组成部分之一，有实验表明没在行驶道路上的车辆，影响轮胎性能的主要因素是轮胎充气压力。可以说“气压是轮胎的生命”，充气压力过高或者过低，都会给轮胎的性能和使用寿命带来影响。轮胎气压过高，轮胎与路面接触面积小，轮胎胎面中部区承受的压力增高，磨损加剧，花纹底部开裂。又因此时轮胎刚度增大，起不到应有的缓冲作用，汽车的平顺性变坏。轮胎的回正力矩减小，促使轮胎的使用寿命缩短。而轮胎与路面之间动载荷增大，也也意味着轮胎与路面之间的最小压力减小，从而降低车轮的路面附着力，影响汽车的行驶安全性，有资料表明，约有85%又缺陷的轮胎始于慢撒气（自然渗透），有25%的轮胎损坏是由于慢撒气造成的。在汽车的高速行驶过程中，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，在高速公路上发生的交通事故有70%80%是由于爆胎引起的。汽车轮胎压力实时监视系统(TPMS)是目前科学防爆和预警的有效手段之一。适当充气的轮胎不仅可增强安全性和性能，还能节省燃料并延长轮胎寿命。根据固特异（Goodyear）公司的数据，未充饱状态下每下降3个PSI将使燃料增加1。但统计显示，有超过20的轮胎仍处于未充饱状态。这不仅仅地降低了轮胎寿命，还增加了燃料消耗。更重要的是，这代表着许多的驾驶朋友正处于不安全的驾驶环境底下，安全堪忧,TPMS毫无疑问是最理想的行车安全方案与工具。气压不足对轮胎的危害主要表现在以下几个方面：1） 降低轮胎使用寿命轮胎气压不足使轮胎胎肩区和胎圈区变性明显加大，对轮胎磨耗和使用寿命产生致命影响。2） 降低了燃油经济性轮胎气压不足使轮胎下沉量明显增大，印痕长度增大，轮胎内应力加剧，行驶阻力增大，耗油量增大，从而降低了燃油经济性。3） 已形成驻波破坏 当轮胎高速行驶达到一定速度时，在轮胎与地部后方发生停滞波，这个波成为驻波。当轮胎产生驻波后，如果再提高速度，轮胎不见的变形幅度急剧增大，几分钟内就会导致轮胎破裂，这就是高速公路上发生爆胎事故的主要原因。我们把轮胎产生驻波时的速度称为临界速度。实验表明，不论是斜交线轮胎还是子午线轮胎，其临界速度都将随着气压的降低而降低。由此可见，当轮胎驻波的提前形成，增加轮胎爆胎的几率。4） 加速轮胎的温升破坏在高速行驶时，轮胎的破坏主要体现在热破坏，轮胎积聚升温导致脱层，甚至发生高温爆破，造成重大交通事故。轮胎气压不足将使轮胎积热倍增。低气压的轮胎在滚动时将使轮胎橡胶产生较大的弹性变形，从而使轮胎的弹性滞后损失增加，发热加剧，导致轮胎早期的疲劳破坏。5） 降低轮胎的载荷能力轮胎的负荷是根据轮胎的结构、胎体帘线的强度以及使用的和速度等经过计算确定的。轮胎的载荷能力随着充气压力的降低而降低，对于轿车，其轮胎内压每下降0.05MPa，其承载能力就减少100N。综上所述，轮胎内部气压过低是致使行驶车辆轮胎发生问题进而造成交通事故的主要原因，而且由于自然渗透和其它外界破坏因素的存在，轮胎压力降低的趋势是时刻存在的。为了保障行车安全，降低事故隐患，我们有必要研制一种可以动态监测行驶车辆轮胎气压的系统。此系统能够在轮胎气压低于安全范围时通过视觉、听觉等直观信号提醒驾驶人员注意，令其及时采取补充轮胎气压和其它维护措施。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1、研究的基本内容 TPMS系统整体结构和安装方式的研究，并且说明了当前的TPMS系统的结构和安装方式，主机模块总体设计方案，设计出一个直接式轮胎压力监测主机系统电路，选择相应的元件，利用PROTEL软件开发电路，包括发射电路的设计、控制光、声音电路。2、拟解决的主要问题（1）安装的方便行和维护的方便性（2）主机副机模块的无线通讯稳定性 （3）无线网桥模块的设计（4）进行主从机通讯的防干扰措施设计（5）延长供电时间，使系统能够过长时间的工作（6）优化控制方法，是系统工作更加可靠三、技术路线（研究方法）通过网上搜索、图书阅览电子资料搜集相关标准、规范熟读标准、规范，掌握相关电路的设计方法确定总体的设计思路、对所设计的电路进行研究提出所要解决的问题对电路进行绘制，对所要解决的问题进行解决 初步完成设计初步审核，查找不足之处，修改设计方案再次复核，最终确定设计方案，完成设计四、进度安排（1）调研、资料收集，完成开题报告 第1、2周（3月2日3月15日）（2）研究 TPMS系统的设计步骤与设计方法，分析TPMS的整体情况 第3周（3月16日3月22日）（3） 第4、5周（3月23日4月5日）（4） 第6、7周（4月6日4月19日）（5） 第8、9周（4月20日5月3日）（6） 第10、11周（5月4日5月17日）（7） 第12、13周（5月18日5月31日）（8） 第14周（6月1日6月7日）（9） 第15、16周（6月8日6月21日）（10） 第17周（6月22日6月28日）五、参考文献1 赵子亮，李杰.使用条件对汽车轮胎寿命的影响.专用汽车.1999(4):34一372 李满长采取防控措施避免胞胎事故发生一PMS系统发展趋势.汽车与配件.2006(9):34一353 讯通科技.nRFgES手册.讯通科技4 吴中汉，孙志峰等.基于嵌入式系统的轮胎气压监测系统的设计.工业控制计算机.2005(3):57一585 王海伦，余世明.汽车压力智能检测系统的无线传输.电气时代.2005(8):98一96 刘和平，刘钊，郑群英等.PIC18Fxx单片机程序设计及应用.北京航空航天大学出版社，20057 陈法国，陈伟等.无线接口电路技术及其在TPMS系统中的应用.单片机与嵌入式系统应用.2005(7):23一278 陈扬扬，陈梅.基于PIC18P458单片机的LCD显示.合肥工业大学电气与自动化工程学院.仪表技术.20069 陈有辉，吴冬清.基于RP PIc 无线发射器件的环形天线研究和设计.http:/w.W./Tech/Default.html.200710 Motorola.摩托罗拉公司提出的轮胎压力监测系统(TPMS).中国集成电路.2003(50):68一7111 李文印，周斌，傅志臣.轮胎压力监测系统设计及实现.汽车技术.2004(2):23一2712 MicrochiP.PICDatasheet.MicrochiPTecnologylnc，200313 乌肠宽明.CAN总线原理和应用系统设计.北京航空航天大学出版社，199614 解怀人.现场总线和现场总线控制系统的现状及发展.石油化工自动化.1998(4):20一2515 巧江志道，魏佑生.现场总线及其对自动化仪表的影响，自动化与仪器仪表.1997(1):37一4116 樊昌信等编著.通信原理.第五版.国防工业出版社，200117 谭扬林.程京等.数字通信原理.电子工业出版社，200118 陈国通.数字通信原理.哈尔滨工业大学出版社，199619 JoergBecker.轮胎压力监控增强汽车的安全性EB/OL，http: autoelectronics.eetchina.co口/ARTes8800363772一100003es_c7ascf33.HTM，
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