TPMS的安全應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)分析

在歐盟銷(xiāo)售的所有新車(chē)現(xiàn)在必須由制造商安裝輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）。還提供售后系統(tǒng)，利用成熟的傳感和無(wú)線(xiàn)技術(shù)，為舊車(chē)輛以及卡車(chē)，大篷車(chē)和摩托車(chē)的車(chē)主帶來(lái)TPMS的安全和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

TPMS安全和節(jié)省

汽車(chē)輪胎每月可能損失多達(dá)6％的壓力。如果所有者沒(méi)有注意到或檢查，這可能導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)或危險(xiǎn)的缺陷處理。它還會(huì)損害燃油經(jīng)濟(jì)性并增加輪胎磨損，這會(huì)對(duì)環(huán)境造成不利影響并增加車(chē)輛擁有成本。

輪胎充氣不足的安全影響已成為立法強(qiáng)制要求的主要因素。輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的裝配。在美國(guó)進(jìn)行的車(chē)輛檢查顯示，該國(guó)道路上每十輛汽車(chē)中就有七輛可能會(huì)有充氣不足的輪胎。為了減少因錯(cuò)誤充氣的輪胎造成的事故數(shù)量，美國(guó)立法者實(shí)施了TREAD（運(yùn)輸召回增強(qiáng)責(zé)任和文件）法案，該法案要求裝配TPMS。自2007年9月以來(lái)，這已適用于美國(guó)的所有新車(chē)。

在歐洲，基于美國(guó)法律的立法要求自2012年11月起為所有新型車(chē)輛安裝TPMS，以及所有新車(chē)輛自TPMS的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益以來(lái)，歐盟委員會(huì)2008年關(guān)于車(chē)輛類(lèi)型批準(zhǔn)的報(bào)告中的數(shù)字表明，充氣不足的輪胎可使燃油消耗增加4％，輪胎使用壽命縮短45％。/p>

歐洲管理TPMS的技術(shù)法規(guī)要求系統(tǒng)在任何輪胎的壓力偏離建議壓力20％以上時(shí)提醒駕駛員。允許對(duì)測(cè)量額外的5％容差。 TPMS還必須能夠進(jìn)行自檢以檢測(cè)任何內(nèi)部故障。

操作原則

TPMS可以通過(guò)兩種方式工作。如果僅在一個(gè)車(chē)輪上檢測(cè)到過(guò)快的旋轉(zhuǎn)，則控制器可以比較來(lái)自車(chē)輛的車(chē)輪速度傳感器的信息并產(chǎn)生充氣不足警報(bào)。這種方法相對(duì)便宜，但如果輪胎磨損不均勻或者車(chē)主改變?yōu)楦蠡蚋〉妮喬?，則可能變得不準(zhǔn)確。這有時(shí)被稱(chēng)為間接TPMS。

另一種方法是在車(chē)輪內(nèi)安裝電池供電的壓力傳感器/變送器單元。這可以直接連接到閥桿上，也可以連接到車(chē)輪中心。傳感器模塊包括管理傳感器致動(dòng)的無(wú)線(xiàn)接收器，以及將內(nèi)部壓力，輪胎ID和其他數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器的發(fā)送器。這種方法有時(shí)稱(chēng)為直接TPMS，可提供更高的精度，但在電池電量不足時(shí)必須更換傳感器。精心的電源管理可以使傳感器持續(xù)使用大約10年，這比常規(guī)使用的輪胎的使用壽命要長(zhǎng)得多。

售后機(jī)會(huì)？

OEM TPMS可以與車(chē)輛的電子和儀表完全集成。常用的儀表板警告包括一個(gè)黃色照明符號(hào)，顯示輪胎的橫截面，中間有一個(gè)感嘆號(hào)，如圖1所示。盡管在歐洲，自2012年以來(lái)引入的所有車(chē)型都有OEM TPMS，售后市場(chǎng)TPMS可以允許老車(chē)的駕駛員可以從這些系統(tǒng)帶來(lái)的安全和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)中受益。

圖1：TPMS儀表板警示燈。

內(nèi)置機(jī)械壓力指示器的更換閥已有一段時(shí)間了。這些使用閥蓋上的顏色編碼指示器提供視覺(jué)上的好/壞壓力讀數(shù)（圖2）。這種系統(tǒng)的一個(gè)缺點(diǎn)是必須在視覺(jué)上檢查指示器，但不能從車(chē)內(nèi)看到。駕駛員必須單獨(dú)檢查每個(gè)車(chē)輪以評(píng)估指示器的狀態(tài)。

圖2：用于輪胎壓力監(jiān)測(cè)的機(jī)械閥內(nèi)系統(tǒng)。

現(xiàn)已推出售后電子TPMS，包括無(wú)線(xiàn)更換閥和可安裝在儀表板上的控制器/用戶(hù)界面單元（圖3）。這些可以安裝在汽車(chē)和其他車(chē)輛上，如房車(chē)，大篷車(chē)和拖車(chē)，而無(wú)需修改現(xiàn)有的布線(xiàn)。類(lèi)似的系統(tǒng)也適用于摩托車(chē)。

圖3：售后TPMS包括壓力感應(yīng)閥帽，無(wú)線(xiàn)基站和用戶(hù)界面單元。

TPMS參考設(shè)計(jì)和傳感器

無(wú)論TPMS是OEM還是售后配件，都適用類(lèi)似的功能模塊和操作原理。圖4顯示了Microchip的TPMS參考設(shè)計(jì)的主要功能模塊。中央控制器通過(guò)LIN連接到低頻（LF）執(zhí)行器，并依次向每個(gè)執(zhí)行器發(fā)出命令以喚醒相關(guān)的壓力傳感器/變送器單元。 125 kHz低頻無(wú)線(xiàn)連接具有大約一米的短距離，這使得執(zhí)行器能夠在其附近與傳感器單元連接。在發(fā)送喚醒傳感器的命令后，控制器等待接收來(lái)自包含檢測(cè)到的輪胎壓力，溫度和傳感器電池狀況的傳感器的無(wú)線(xiàn)傳輸。

圖4：主要TPMS功能塊。

傳感器/變送器模塊的主要功能包括壓力傳感器，微控制器，LF接收器和RF發(fā)射器。無(wú)線(xiàn)微控制器（如Microchip RFPIC12F675F）將PIC12F微控制器和UHF ASK/FSK發(fā)送器集成在一個(gè)封裝中。該器件的其他重要集成功能有助于進(jìn)一步減少元件數(shù)量，包括內(nèi)部RC振蕩器，能夠在芯片上執(zhí)行LF解碼的比較器，以及10位ADC，使設(shè)計(jì)人員可以自由選擇模擬壓力傳感器具有合適的感應(yīng)范圍，例如100-450 kPa（15-65 psi），無(wú)需設(shè)計(jì)外部A/D轉(zhuǎn)換器。參考設(shè)計(jì)采用獨(dú)立的模擬前端IC來(lái)檢測(cè)125 kHz LF信號(hào)。

或者，可以使用完全集成的TPMS壓力傳感器構(gòu)建傳感器/變送器單元，該傳感器結(jié)合了傳感元件，微控制器，LF接收器，RF發(fā)射器和其他功能在一個(gè)封裝中。完成系統(tǒng)只需要最少的外部組件。一個(gè)很好的例子是飛思卡爾FXTH870511DT1，如圖5所示。該器件是專(zhuān)用的TPMS傳感器，集成了8位S08內(nèi)核，125 kHz LF接收器和315-434 MHz無(wú)線(xiàn)電發(fā)射器，還具有MEMS加速度計(jì)和溫度傳感器除壓力傳感器外。加速度計(jì)可以是僅用于測(cè)量徑向加速度的單軸傳感器，也可以是也能夠支持輪胎定位能力的雙軸傳感器。

圖5：飛思卡爾FXTH87集成了TPMS傳感器模塊所需的所有主要功能。

結(jié)論

TPMS現(xiàn)已成為所有在美國(guó)和歐洲銷(xiāo)售的新車(chē)的強(qiáng)制性要求。隨著安全和環(huán)境效益得到更廣泛的認(rèn)可和運(yùn)營(yíng)原則的理解，更多種車(chē)輛的車(chē)主可以利用可靠，及時(shí)的輪胎壓力信息。